Planosols Developed in Different Geoenvironmental Conditions in Northeastern Brazil

ABSTRACT The semiarid region of northeastern Brazil has a large area occupied by Planosols, where in the State of Pernambuco these soils are mainly used for livestock farming and subsistence crops. The knowledge on these soils is limited, which compromises the understanding on their behavior, potentialities and limitations.This study aimed to analyze morphological, chemical, physical and mineralogical attributes of Planosols developed under different geoenvironmental conditions. Morphological descriptions and chemical, physical and mineralogical analyses were performed in four profiles of Planosols along a rainfall gradient. An increase in rainfall allowed for an increase in the clay content in the Bt horizon and a reduction in ESP, EC, Na+, CEC, S, pH (water and KCl) and soil density. Horizons A and E were thicker in Planosols in more humid environments. The increase in ESP associated with the presence of expansive minerals (smectite and vermiculite) allowed the development of a prismatic structure in Haplic Planosols and a columnar structure in Natric Planosols. The mineralogical assembly is indicative of poorly weathered soils. The mineralogical assemblies of the silt and clay fractions were similar in the different geoenvironments, while higher contents of easily alterable minerals were observed in the composition of the sand fraction in environments with a drier climate.

Geoenvironmental site investigation using different techniques in a municipal solid waste disposal site in Brazil

Different geoenvironmental site investigation techniques to assess contamination from a municipal solid waste disposal site in Brazil are presented here. Superficial geophysical investigation (geoelectrical survey), resistivity piezocone penetration tests (RCPTU), soil samples collected with direct-push samplers and water samples collected from monitoring wells were applied in this study. The application of the geoelectrical method was indispensable to identify the presence and flow direction of contamination plumes (leachate) as well as to indicate the most suitable locations for RCPTU tests and soil and water sampling. Chemical analyses of groundwater samples contributed to a better understanding of the flow of the contaminated plume. The piezocone presented some limitations for tropical soils, since the groundwater level is sometimes deeper than the layer which is impenetrable to the cone, and the soil genesis and unsaturated conditions affect soil behavior. The combined interpretation of geoelectrical measurements and soil and water samplings underpinned the interpretation of RCPTU tests. The interpretation of all the test results indicates that the contamination plume has already overreached the landfill's west-northwest borders. Geoenvironmental laboratory test results suggest that contamination from the solid waste disposal site has been developing gradually, indicating the need for continuous monitoring of the groundwater.

Modeling of ore-forming and geoenvironmental systems: Roles of fluid flow and chemical reaction processes

Ore-forming and geoenviromental systems commonly involve coupled fluid flowand chemical reaction processes. The advanced numerical methods and computational modeling have become indispensable tools for simulating such processes in recent years. This enables many hitherto unsolvable geoscience problems to be addressed using numerical methods and computational modeling approaches. For example, computational modeling has been successfully used to solve ore-forming and mine site contamination/remediation problems, in which fluid flow and geochemical processes play important roles in the controlling dynamic mechanisms. The main purpose of this paper is to present a generalized overview of: (1) the various classes and models associated with fluid flow/chemically reacting systems in order to highlight possible opportunities and developments for the future; (2) some more general issues that need attention in the development of computational models and codes for simulating ore-forming and geoenviromental systems; (3) the related progresses achieved on the geochemical modeling over the past 50 years or so; (4) the general methodology for modeling of oreforming and geoenvironmental systems; and (5) the future development directions associated with modeling of ore-forming and geoenviromental systems.

Failure Mechanisms in Sand over a Deep Active Trapdoor

An experimental testing program was undertaken to investigate failure mechanisms induced by the active movement of a deep rectangular trapdoor underlying a granular soil. Reduced-scale models were tested under normal gravity as well as under an increased gravitational field using a centrifuge facility. Some models were used to evaluate the performance of both flexible and rigid pipes undergoing a localized loss of support. Failure mechanisms in the longitudinal direction of the models were characterized by a single, well-defined failure surface that developed within the limits of the trapdoor. However, failure mechanisms in the transverse direction of the models were characterized by multiple failure surfaces extending outside the limits of the trapdoor. Significant dilation of the soil located immediately above the trapdoor was identified in the failure of the models. The pattern of the failure mechanisms was found to be affected by the stress level and backfill density. Higher stress levels were found to lead to well-developed failure zones. The influence of backfill density was found to be more relevant in models involving flexible pipes. Pipes embedded within loose backfill were severely damaged after loss of support, while pipes embedded in dense backfill experienced negligible deformations. These results indicate that damage to pipelines caused by ground loss of support can be significantly minimized by controlling the compaction of the fill.

Unsaturated Infinite Slope Stability Considering Surface Flux Conditions

A slope stability model is derived for an infinite slope subjected to unsaturated infiltration flow above a phreatic surface. Closed form steady state solutions are derived for the matric suction and degree of saturation profiles. Soil unit weight, consistent with the degree of saturation profile, is also directly calculated and introduced into the analyzes, resulting in closed-form solutions for typical soil parameters and an infinite series solution for arbitrary soil parameters. The solutions are coupled with the infinite slope stability equations to establish a fully realized safety factor function. In general, consideration of soil suction results in higher factor of safety. The increase in shear strength due to the inclusion of soil suction is analogous to making an addition to the cohesion, which, of course, increases the factor of safety against sliding. However, for cohesive soils, the results show lower safety factors for slip surfaces approaching the phreatic surface compared to those produced by common safety factor calculations. The lower factor of safety is due to the increased soil unit weight considered in the matric suction model but not usually accounted for in practice wherein the soil is treated as dry above the phreatic surface. The developed model is verified with a published case study, correctly predicting stability under dry conditions and correctly predicting failure for a particular storm.

Determinação preliminar de parâmetros construtivos de barreiras reactivas permeáveis com recurso a colunas para remediação de crómio com ferro zerovalente

Um dos principais problemas com que se deparam as sociedades actuais, e que é consequência da sua forma de se organizar prende-se com a mudança das características originais dos locais onde habitam e dos seus componentes como resultado das actividades humanas que transformam solos e águas em depósitos de resíduos. Entre as substâncias que são depositadas no meio físico, que requerem especial atenção, encontra-se o grupo dos metais pesados, uma vez que são considerados como perigosos pela sua toxicidade e potencial cancerígeno quando em contacto com populações ou ecossistemas. Destes metais, o crómio é um dos metais que requer especial atenção devido a sua relativa abundância como contaminante, e à periculosidade dos seus iões, em especial o Cr6+. Este trabalho pretende contribuir para o conhecimento dos fenómenos geoambientais associados à remediação de águas contaminadas com Cr6+ recorrendo ao ferro monovalente de forma a estabelecer parâmetros de aplicabilidade através de estudos laboratoriais baseados em ensaios em colunas.

Contribució al coneixement de variables geoambientals en l'àmbit de la Costa Brava (Girona)

La tesi doctoral desenvolupada, emmarcada dins del camp de les Ciències Ambientals, aplica la Geologia Ambiental orientada al coneixement dels processos i recursos geològics de cara a la planificació i a l'ordenació del territori. Com a zona d'estudi s'ha seleccionat la Costa Brava meridional, concretament tota l'àrea litoral compresa per les conques hidrogràfiques de l'Aubi, riera de Calonge, Ridaura, riera de Tossa i riera de Lloret (75 km de línia de costa i una extensió de 291 km2). Aquest treball, amb l'aptitud integradora dels conceptes i mètodes propis de les Ciències Geològiques i Ambientals, s'ha proposat com a objectius globals l'anàlisi de la qualitat i del comportament físic i químic dels materials terrestres en front les accions humanes i de la seva utilització com a recursos; l'estudi dels processos naturals i de la influència que puguin tenir sobre l'home o bé els efectes que aquest pot causar sobre aquells, i per últim, com a derivació dels anteriors, el disseny i aplicació d'instruments de tipus preventiu en la gestió del territori; és a dir, la planificació dels usos del territori. Amb la filosofia de recerca basada en que els factor geològics són uns elements d'ajuda per a la visió integral d'un territori, s'han estudiat diferents variables geoambientals procurant traduir el coneixement del medi en informació apta per a la presa de decisions sobre l'ús i preservació d'aquest àmbit litoral. Els Sistemes d'Informació Geogràfica (SIG) han estat clau per a la visió sistèmica del territori, per a la integració de les diferents variables geoambientals, així com per a la producció cartogràfica temàtica i final. Pel que fa als processos geològics, lligats a la dinàmica fluviotorrencial, s'han cartografiat les principals àrees d'actuació així com analitzat els factors que inicien, afavoreixen o magnifiquen la seva ocurrència. S'han estudiat les accions denudatives, els processos de transport-sedimentació i amb l'estudi integrat d'aquests processos i formes resultants s'han identificat unitats territorials caracteritzades per un comportament geomòrfic uniforme. En quant a l'anàlisi dels recursos geològics s'ha aprofundit en el coneixement dels recursos hídrics subterranis, les roques industrials i els georecursos litorals. Pel que fa als primers s'ha centrat en la delimitació de les principals unitats i subunitats aqüíferes, així com en acotar les geometries i principals característiques hidràuliques. Pel que fa als àrids i roques de construcció l'objectiu fonamental ha estat la delimitació cartogràfica d'aquells materials que per les seves propietats fisicoquímiques són potencialment aptes per als usos indicats. Finalment s'ha fet una recerca orientada a l'estudi de factors que limiten o condicionen el potencial geoturístic d'aquesta àrea litoral, concretament en els penya-segats i les platges. Les principals aportacions d'aquesta tesi doctoral es poden emmarcar en l'àmbit regional i fenomenològic, aspectes clau en la gestió i planificació territorial. Pel que fa al primer, destaquem l'aportació de dades geoambientals a nivell cartogràfic en relació a variables litoestructurals, de processos dinàmics com de recursos geològics. Des del punt de vista de l'àmbit fenomenològic destaquem la interacció de les variables estudiades a nivell de conca hidrogràfica, com són, entre d'altres, les relacions existents entre les diferents formacions aqüíferes; la possible participació de les aigües subterrànies en la resposta hidrològica del sistema fluviotorrencial, o la problemàtica derivada de l'antropització de la sorra de la platja com a conseqüència d'abocaments de terres i residus inerts als marges de les rieres.

La transformació del paisatge litoral de la Costa Brava: Anàlisi de l'evolució (1956-2003), diagnosi de l'estat actual i prognosi de futur

En la tesi es presenta una anàlisi de l'evolució dels canvis succeïts en el paisatge costaner de la Costa Brava (22 municipis litorals) en els darrers cinquanta anys (1956-2003); un estudi de la seva estructura ecopaisatgística, actual i passada, amb una especial èmfasi en la diagnosi de les conseqüències geoambientals de l'esclat urbanístic iniciat a la dècada de 1960, i s'ha determinat quina ha estat la tendència de canvi en els darrers vint-i-cinc anys la qual s'ha utilitzat per a elaborar models explicatius de la dinàmica territorial seguida i projectar-los cap al futur tot dissenyant escenaris probables. A les Bases teòriques s'exposa en quina parcel·la del coneixement científic es situa aquesta recerca i es repassa l'evolució dels diferents corrents i enfocaments que han precedit, dins la Ciència Geogràfica, els estudis sobre transformació del paisatge. Es posa especial en els principis i metodologies que plantegen les dues escoles d'anàlisi del paisatge en que es basa aquesta tesi: la Landscape Ecology i la estructurada a l'entorn del programa internacional Land Use and Land Cover Change (LUCC). S'ha dissenyat una pauta metodològica per a l'anàlisi paisatgística d'un territori a diferents escales: des de l'àmbit regional de tota la Costa Brava (66.230 ha), on es poden detectar les tendències generals, fins l'estudi detallat a escala local, on s'ha pres com a àrea d'estudi tres municipis del centre de la Costa Brava (6.960 Ha): Palamós, Calonge i Castell-Platja d'Aro. Els principals resultats obtinguts són els següents: Una cartografia d'usos i cobertes del sòl de tres períodes temporals i la conseqüent interpretació espacial per a cada etapa: 1957 (situació preturística), 1980 (inici de les actuacions dels ajuntaments democràtics) i 2003 (actualitat). Una anàlisi quantitativa de la transformació del paisatge i de les relacions espacials associades al canvi, a partir de la cartografia d'usos i cobertes del sòl dels tres períodes mapificats (1956, 1980, 2003). Amb l'objectiu d'arribar a definir quina ha estat la dinàmica dels canvis ocorreguts al llarg dels darrers gairebé cinquanta anys. Una anàlisi de l'estructura del mosaic paisatgístic de cadascun dels talls temporals per mitjà de l'aplicació dels principals índexs de l'Ecologia del Paisatge. S'ha analitzat la geometria de la conversió dels usos del sòl i s'han posat de manifest les repercussions ecològiques i paisatgístiques d'aquests canvis. Per una banda, a partir del càlcul i interpretació dels índexos esmentats s'ha analitzat l'evolució de la morfologia i la distribució territorial dels quatre principals usos i cobertes del sòl de la Costa Brava. Per l'altra, per a la Costa Brava centre s'ha analitzat l'estat dels dos sistemes naturals del litoral amb més pressió antròpica: la franja estrictament costanera i les masses forestals. Respecte als tres municipis de la Costa Brava centre s'han tingut en compte en l'anàlisi de l'evolució del paisatge a escala local, les actuacions desenvolupades en l'àmbit urbanístic municipal i les seves conseqüències paisatgístiques i ambientals. A partir de la informació ja processada, s'han detectat les tendències de canvi a partir de models de canvi d'usos i cobertes del sòl. S'han incorporat també els factors biofísics i antròpics, socials i econòmics, condicionants i responsables d'una determinada utilització del territori en cadascun dels tres períodes. Mitjançant l'anàlisi multivariable s'ha intentat descobrir el conjunt de factors que influencien en la taxa i el patró espacial de canvi d'usos i les seves conseqüències territorials. Finalment s'ha aplicat un model de simulació, basat en els automatismes cel·lulars de Markov, per tal de projectar les tendències de canvi i plantejar escenaris futurs, una eina bàsica per a la planificació futura del territori i per al control de les problemàtiques ambientals. Aquestes mesures serveixen per a definir, per a la Costa Brava centre, un patró espacial dels canvis d'usos del sòl a nivell local, i, per al conjunt de la Costa Brava, per a predir, mitjançant models de simulació quantitativa, els possibles desenvolupaments i per estimar els impactes.

Flood Risk Assessment in Coastal Drainage Basins through a Multivariate Analysis within a GIS-Based Model

This paper presents a GIS-based multicriteria flood risk assessment and mapping approach applied to coastal drainage basins where hydrological data are not available. It involves risk to different types of possible processes: coastal inundation (storm surge), river, estuarine and flash flood, either at urban or natural areas, and fords. Based on the causes of these processes, several environmental indicators were taken to build-up the risk assessment. Geoindicators include geological-geomorphologic proprieties of Quaternary sedimentary units, water table, drainage basin morphometry, coastal dynamics, beach morphodynamics and microclimatic characteristics. Bioindicators involve coastal plain and low slope native vegetation categories and two alteration states. Anthropogenic indicators encompass land use categories properties such as: type, occupation density, urban structure type and occupation consolidation degree. The selected indicators were stored within an expert Geoenvironmental Information System developed for the State of Sao Paulo Coastal Zone (SIIGAL), which attributes were mathematically classified through deterministic approaches, in order to estimate natural susceptibilities (Sn), human-induced susceptibilities (Sa), return period of rain events (Ri), potential damages (Dp) and the risk classification (R), according to the equation R=(Sn.Sa.Ri).Dp. Thematic maps were automatically processed within the SIIGAL, in which automata cells (""geoenvironmental management units"") aggregating geological-geomorphologic and land use/native vegetation categories were the units of classification. The method has been applied to the Northern Littoral of the State of Sao Paulo (Brazil) in 32 small drainage basins, demonstrating to be very useful for coastal zone public politics, civil defense programs and flood management.

Metal transport parameters of a gneiss saprolitic silty soil for liner design

Diffusion coefficients and retardation factors of two metal cations (Cd2+ and Pb2+) were measured for a compacted Brazilian saprolitic soil derived from gneiss, aiming to assess its geoenvironmental performance as a liner for waste disposal sites. This soil occurs extensively all over the country in very thick layers, but has not been used in liners because of its hydraulic conductivity, higher than 10(-9) m/s when compacted at optimum water content of standard Proctor energy, but which can be reduced by means of appropriate compaction techniques or additives. Batch, column, and diffusion tests were carried out with monospecies synthetic solutions at pH 1, 3, and 5.5. Measured diffusion coefficients varied between 0.5 and 4 X 10(-10) m(2)/s. Retardation factors show that cadmium, a very mobile cation, is not adsorbed at pH I but is significantly retained at pH 3 and pH 5.5, whereas lead is retained at all tested pH values though slightly at pH 1. Estimated retardation factors from batch tests were 1.3-2.3 times those resulting from column tests and at its highest when obtained by diffusion tests; whereas batch tests allow a more complete exposure of the soil grains to the solution, time-dependent nonspecific adsorption may take longer to occur. The importance of contact time was observed and should be considered in further investigations. Its significant retention of metals suggests a promising utilization of this soil as a bottom liner for wastes landfills.

Interpretation of Resistivity Piezocone Tests in a Contaminated Municipal Solid Waste Disposal Site

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Prediction of Soil Properties from the Concepts of Energy Transfer in Dynamic Penetration Tests

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Zoneamento geoambiental como subsídio ao planejamento territorial municipal: estudo de caso para Currais Novos/RN

This paper presents the master plan and geoenvironmental zoning natures as instruments of environmental planning and management. The discussion of territory environmental planning is guided by two directions: at first the environmental elements involved in planning and the another is the implementation of these instruments at the municipal territory. To analyze the planning directed of the municipal territory we consider the fragments of its, represented by country and urban. The master plan inside of the Estatuto da Cidade (City Statute) and the geoenvironmental zoning are directed to territorial environmental planning. Regarding of the master plan the first challenge has been the spacial area that the plan can cover. It is necessary to prepare master plans that could include all the territory. The environmental zoning are directed for the territory totality.In this sense, the geoenvironmental zoning of the Currais Novos was done in the totality of the municipal territory and guided by the environmental physics variables. The geoenvironmental zoning sets in a planning and ordering of the territory instrument based in the landscape analysis. Therefore grounded in the Geosystems‟s Theory this work has like a main objective to propose a geoenvironmental zoning for the Currais Novos Municipality in RN. So, was used an analysis technique suggested for Bardin (2010) and the Currais Novos‟s physical environment characterization through of the fieldwork and cartographic data vectorization, beyond the image‟s treatment SRTM. The geoenvironmental systems definitions were based in the suggestion of Cestaro, et al. (2007) support in Bertrand (1968). For both were identified five geoenvironmental systems: Borborema Plateau, Residual plateau, Chapada da Serra de Santana, semiarid river valley and lagoon valley and eleven geoenvironmental subsystems: Borborema Plateau Western Slope, Isolated Massif of the Borborema Plateau, Residual Crest, Residual Massif, Erosional Scarp of the Chapada, flat top plateau, fluvial plains, temporary river of the semiarid and ornamental water or sluice

Mapeamento geoambiental e avaliação dos impactos ambientais como subsídios para o planejamento e gestão socioambiental do estuário do rio Mamanguape/PB

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior