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Understanding preferential flows in the vadose zone is a prerequisite for a proper management of infiltration basins. The studied infiltration basin lies on a strongly heterogeneous glaciofluvial deposit made of a predominant lithofacies that embeds lenses of sand and gravel. Geophysics (GPR) were used to characterize the lithological heterogeneity along radar-grammes (sections few meters deep and dozens of meters long). Flow was modelled for all these sections and compared to a synthetic section filled only with the predominant lithofacies (control). Numerical results show that, under unsaturated conditions, the lithological heterogeneity has a strong impact on flow with the establishment of preferential flows induced by capillary-barrier effects in the vicinity of lenses of sand and gravel. These effects have also consequences on water fluxes at surface (infiltration and runoff) and depend strongly on the section considered for numerical modelling. It can thus be concluded that the spatial variability of lithological heterogeneity induces a spatial variability of preferential flow. Geometrical and architectural parameters were defined to quantity lithological heterogeneity and link it to preferential flows, with the aim to propose a first step towards modelling flow in the basin at the meso-scale.; La compréhension des écoulements préférentiels dans la zone non saturée en fond de bassins d’infiltration est une condition préalable à une gestion optimale de ces ouvrages. Le basin d’infiltration étudié repose sur un dépôt fluvioglaciaire hétérogène constitué d’un lithofaciès majoritaire contenant des lentilles de sable et de gravier. Une étude géophysique (radar) a permis de caractériser cette hétérogénéité sédimentologique le long de radar-grammes (sections de quelques mètres de profondeurs et de plusieurs dizaines de mètre de long). Les écoulements ont été modélisés pour toutes ces sections ainsi qu’une section fictive remplie uniquement du lithofaciès majoritaire (témoin) et pour divers évènements pluvieux type incluant une chronique météorologique complète. Les résultats montrent clairement que l'hétérogénéité lithologique a un effet significatif sur l’écoulement avec la mise en place d’écoulements hétérogènes du fait de phénomènes de barrière capillaire au niveau des lentilles de sable et de gravier en non-saturé. Cet effet se répercute sur les chemins de l’eau dans le dépôt et sur les flux en surface (infiltration et ruissellement). Les résultats montrent aussi que cet effet dépend fortement de la section considérée. La variabilité spatiale de l’hétérogénéité lithologique induit donc une variabilité spatiale des écoulements préférentiels. Certains paramètres architecturaux et géométriques relatifs à l’hétérogénéité lithologique ont été proposés pour expliquer l’effet de l’hétérogénéité lithologique sur les écoulements préférentiels, de sorte à proposer une première tentative de modélisation des écoulements à méso-échelle.; O entendimento do fluxo na zona não saturada em formações heterogêneas é um prérequisito para uma gestão adequada de poluentes em bacias de infiltração inseridas nessas formações. Este estudo aborda o efeito da heterogeneidade litológica nos processo de escoamento numa bacia de infiltração com geologia inserida num depósito fluvioglacial. A bacia de infiltração é a Bacia Django Reinhardt, existente em Lyon. Esta bacia foi objeto de vários estudos que demonstraram algumas avaliações do impacto da heterogeneidade do solo. Os objetivos desses trabalhos foram todos baseados apenas no estudo sedimentológico de uma trincheira. Nenhum estudo abordou a potencial variabilidade espacial dos atributos do solo. Neste trabalho, foi modelizado o fluxo na zona vadosa através de três casos: drenagem interna, infiltração de água durante um evento de precipitação pluviométrica constante e solicitação hidrológica a partir de um fluxo variável escoamento superficial. Estes cálculos foram realizados para várias seções, que foram previamente caracterizadas quanto a sua heterogeneidade estrutural usando a técnica não destrutiva do GPR com uma frequência de 200MHz e 100MHz. O comportamento hidráulico dessas seções foi comparado com a de uma seção homogênea. Foi comparada o efeito da resolução da imagem nas estimativas das variáveis de fluxo. Alguns indicadores arquiteturais, geométricos e texturais foram propostos para esclarecer e avaliar a variabilidade espacial do efeito da heterogeneidade do solo sobre o fluxo em condições não saturadas. Os resultados mostram claramente que a heterogeneidade gera impactos nas variáveis de fluxo em condições não saturadas. Os impactos dependem da seção considerada.Os resultados mostram também que: a) a heterogeneidade estrutural do subsolo na meso-escala apresenta um efeito sobre a geração de escoamento preferencial e isso independe do tipo de solicitação aplicada na seção; b) O efeito da heterogeneidade se mostrou independentende das condições de contorno aplicadas na superfície; c) Nos períodos de ocorrência de chuvas intensas quem controla o comportamento das variáveis de fluxo é a intensidade de precipitação. No entanto, nos períodos em que ocorre ausência de precipitação, as variáveis de fluxo são controladas pela heterogeneidade da zona não saturada; d) A utilização de diferentes frequências influencia na estimativa das variáveis de fluxo. Isso é decorrente do impacto na quantificação da heterogeneidade decorrente do efeito da resolução de cada antena; e) Os indicadores não apresentaram relação direta com as variáveis de fluxo estudadas. Isso demonstra que o efeito da heterogeneidade não pode ser explicado por um único fator, mas por um conjunto de fatores.

Understanding preferential flows in the vadose zone is a prerequisite for a proper management of infiltration basins. The studied infiltration basin lies on a strongly heterogeneous glaciofluvial deposit made of a predominant lithofacies that embeds lenses of sand and gravel. Geophysics (GPR) were used to characterize the lithological heterogeneity along radar-grammes (sections few meters deep and dozens of meters long). Flow was modelled for all these sections and compared to a synthetic section filled only with the predominant lithofacies (control). Numerical results show that, under unsaturated conditions, the lithological heterogeneity has a strong impact on flow with the establishment of preferential flows induced by capillary-barrier effects in the vicinity of lenses of sand and gravel. These effects have also consequences on water fluxes at surface (infiltration and runoff) and depend strongly on the section considered for numerical modelling. It can thus be concluded that the spatial variability of lithological heterogeneity induces a spatial variability of preferential flow. Geometrical and architectural parameters were defined to quantity lithological heterogeneity and link it to preferential flows, with the aim to propose a first step towards modelling flow in the basin at the meso-scale.; La compréhension des écoulements préférentiels dans la zone non saturée en fond de bassins d’infiltration est une condition préalable à une gestion optimale de ces ouvrages. Le basin d’infiltration étudié repose sur un dépôt fluvioglaciaire hétérogène constitué d’un lithofaciès majoritaire contenant des lentilles de sable et de gravier. Une étude géophysique (radar) a permis de caractériser cette hétérogénéité sédimentologique le long de radar-grammes (sections de quelques mètres de profondeurs et de plusieurs dizaines de mètre de long). Les écoulements ont été modélisés pour toutes ces sections ainsi qu’une section fictive remplie uniquement du lithofaciès majoritaire (témoin) et pour divers évènements pluvieux type incluant une chronique météorologique complète. Les résultats montrent clairement que l'hétérogénéité lithologique a un effet significatif sur l’écoulement avec la mise en place d’écoulements hétérogènes du fait de phénomènes de barrière capillaire au niveau des lentilles de sable et de gravier en non-saturé. Cet effet se répercute sur les chemins de l’eau dans le dépôt et sur les flux en surface (infiltration et ruissellement). Les résultats montrent aussi que cet effet dépend fortement de la section considérée. La variabilité spatiale de l’hétérogénéité lithologique induit donc une variabilité spatiale des écoulements préférentiels. Certains paramètres architecturaux et géométriques relatifs à l’hétérogénéité lithologique ont été proposés pour expliquer l’effet de l’hétérogénéité lithologique sur les écoulements préférentiels, de sorte à proposer une première tentative de modélisation des écoulements à méso-échelle.; O entendimento do fluxo na zona não saturada em formações heterogêneas é um prérequisito para uma gestão adequada de poluentes em bacias de infiltração inseridas nessas formações. Este estudo aborda o efeito da heterogeneidade litológica nos processo de escoamento numa bacia de infiltração com geologia inserida num depósito fluvioglacial. A bacia de infiltração é a Bacia Django Reinhardt, existente em Lyon. Esta bacia foi objeto de vários estudos que demonstraram algumas avaliações do impacto da heterogeneidade do solo. Os objetivos desses trabalhos foram todos baseados apenas no estudo sedimentológico de uma trincheira. Nenhum estudo abordou a potencial variabilidade espacial dos atributos do solo. Neste trabalho, foi modelizado o fluxo na zona vadosa através de três casos: drenagem interna, infiltração de água durante um evento de precipitação pluviométrica constante e solicitação hidrológica a partir de um fluxo variável escoamento superficial. Estes cálculos foram realizados para várias seções, que foram previamente caracterizadas quanto a sua heterogeneidade estrutural usando a técnica não destrutiva do GPR com uma frequência de 200MHz e 100MHz. O comportamento hidráulico dessas seções foi comparado com a de uma seção homogênea. Foi comparada o efeito da resolução da imagem nas estimativas das variáveis de fluxo. Alguns indicadores arquiteturais, geométricos e texturais foram propostos para esclarecer e avaliar a variabilidade espacial do efeito da heterogeneidade do solo sobre o fluxo em condições não saturadas. Os resultados mostram claramente que a heterogeneidade gera impactos nas variáveis de fluxo em condições não saturadas. Os impactos dependem da seção considerada.Os resultados mostram também que: a) a heterogeneidade estrutural do subsolo na meso-escala apresenta um efeito sobre a geração de escoamento preferencial e isso independe do tipo de solicitação aplicada na seção; b) O efeito da heterogeneidade se mostrou independentende das condições de contorno aplicadas na superfície; c) Nos períodos de ocorrência de chuvas intensas quem controla o comportamento das variáveis de fluxo é a intensidade de precipitação. No entanto, nos períodos em que ocorre ausência de precipitação, as variáveis de fluxo são controladas pela heterogeneidade da zona não saturada; d) A utilização de diferentes frequências influencia na estimativa das variáveis de fluxo. Isso é decorrente do impacto na quantificação da heterogeneidade decorrente do efeito da resolução de cada antena; e) Os indicadores não apresentaram relação direta com as variáveis de fluxo estudadas. Isso demonstra que o efeito da heterogeneidade não pode ser explicado por um único fator, mas por um conjunto de fatores.

Argilas expansivas são solos problemáticos para edificações e obras de infraestrutura em todo o mundo, causando danos socioeconômicos e ambientais. Dois requisitos básicos são necessários para um solo exibir expansividade, um intrínseco e outro extrínseco. O intrínseco está relacionado com a composição mineralógica, textura e estrutura que devem existir e entrar em funcionamento, em nível microescala, mecanismos que produzam a instabilidade volumétrica do solo. O extrínseco está relacionado com a climatologia, a hidrogeologia, a vegetação e a ocupação antrópica que devem estar presentes e capazes de transferir a umidade de um ponto a outro do solo. A mistura da cal com solo expansivo é uma das técnicas de estabilização. Este material tem propriedades físico-químicas capazes de conferir ao solos expansivo, quando misturado, mudanças na microestrutura das partículas devido à floculação e a reações pozolânicas. Atualmente encontra-se no estado de Pernambuco a execução de grandes programas habitacionais e obras de infraestrutura. Cerca de 51,2% da área do Estado tem suscetibilidade alta e média de ocorrência de solos expansivo. Um programa de investigação geotécnica de campo e laboratório fori realizado com o objetivo de analisar o comportamento geomecânico dos solos naturais dos municípios de Cabrobó, Ipojuca, Paulista - PE e dos efeitos da adição da cal a esses nas proporções de 1%, 3%, 5%, 7%. Foram realizados ensaios de caracterização física, química mineralógica, microestrutural, ensaios para avaliar a expansão livre, tensão de expansão e a resistência à compressão simples. Os solos de Cabrobó, Ipojuca e Paulista apresentaram interestratificação irregular de minerais do tipo 2:1 esmectitas e vermiculitas. O solo de Cabrobó tem expansividade média e pode causar nas edificações fissuras importantes enquanto os solos de Ipojuca e Paulista têm expansividade alta e pode causar danos as edificações que levam a demolição. A avaliação da tensão de expansão depende do estado tensional. O teor de cal determinado pelo critério de Eades e Grim (1966) para estabilizar os solos foi consistente para os solos de Cabrobó e Paulisa mas não foi eficaz para estabilizar o solo de Ipojuca. Os solos de Cabrobó, Ipojuca e Paulista foram estabilizados quanto a expansão livre, tensão de expansão para teor de cal de 3%, 11% e 5%, respectivamente. O teor de cal para estabilizar a expansão dos solos deve atender a nulidade da expansão livre e tensão de expansão simultaneamente. Expansive Clays are problematic soils for infrastructure buildings worldwide, causing socioeconomic and environmental damage. Two basic requirements are necessary for a soil to show expansiveness, an intrinsic and other extrinsic. The intrinsic one is associated with the mineralogical composition, texture and structure which must be up and functioning in microscale level, mechanisms that produce the volume of soil instability. The extrinsic requirement is related to climatology, hydrology, vegetation and human occupation that must be present and able to transfer moisture from one point to another in soil. The mixing of lime with expansive soils is one of the stabilization techniques. This material has physicochemical properties capable of providing the expansive soils, when mixed, changes in microstructure of the particles due to flocculation and pozzolanic reactions. The execution of large housing programs and infrastructure work is currently happening in the state of Pernambuco. About 51.2% of the state area has high and average susceptibility occurrence of expansive soils. A geotechnical investigation program of field and laboratory was conducted with the objective of analyzing the geomechanical behavior of natural soils of the municipalities of Cabrobó, Ipojuca and Paulista - PE and the effects of adding lime to those in the proportions of 1%, 3% 5% and 7%. The soils of Cabrobó and Ipojuca have irregular interstratification of 2: 1 type minerals, mica and expansive smectite, vermiculite and chlorite and the Paulista soil features irregular interstratification type 2:1 expansive mica smectite and vermiculite with the presence of kaolinite. The soil of Cabrobó has average grade expansiveness and can cause important cracks in the buildings and the soils of Ipojuca and Paulista have high degree of expansiveness and can cause damage to buildings that lead to demolition. The evaluation of expansion tension depends on the tensional state. The lime content determined by the criterion of Eades and Grim (1966) to stabilize the soil was consistent for Cabrobó and Paulista soils but was not effective to stabilize the soil of Ipojuca. The lime content to stabilize the expansion of the soil must meet both the nullity of the free expansion and expansion tension simultaneously.

There are several field methods and techniques for measuring Ks. In this study, double-ring (DI) and tension infiltrometer (TI) infiltration techniques were combined with dye tracer application and compared for estimating Ks and the mobile soil fraction on a structured sandy loam soil (Gleyic Luvisol), in Rostock, Germany. Water was infiltrated into soil by using three methods: DI, TI (without contact with sand), and TIsand (with contact with sand), until steady-state conditions were obtained. At different positions, three pulse depths of 25 mm, 50 mm, and 100 mm, with a 2 g L-1 Brilliant Blue (BB) FCF dye solution, were used. The results showed variable Ks values for DI of 820-2,020 cm d-1, which were 7 to 13 times higher, when compared to TI values, and 12 to 33 times higher than for TIsand. For the 25 mm and 50 mm BB applications, the mobile (dye-stained) soil regions constituted up to 60% in the top 25 cm and varied little, when considered the infiltration methods. Only the 100 mm application, using the DI, yielded significant BB displacement into the subsoil. Hence, both Ks values and their corresponding dye pattern depended on the boundary conditions. For DI, more than 90% of the dye was constrained below the infiltration area, revealing that flow was essentially vertical. Existem muitas técnicas e métodos de campo para medir e estimar a condutividade hidráulica saturada do solo (Ks). Neste estudo, medidas de condutividade hidráulica (Ks) e movimento de água no solo, pelos métodos anéis concêntricos (DI) e infiltrômetro de tensão (TI), foram avaliados em solo de textura média (Gleyic Luvisol), em Rostock, na Alemanha. Após obtida a estabilidade de infiltração da água, utilizando-se os métodos DI, TI (sem contato com areia) e TIsand (com contato com areia), três lâminas de 25 mm, 50 mm e 100 mm de solução corada de azul, 2 g L-1 Brilliant Blue FCF (BB), foram aplicadas, em diferentes posições, na área. Os resultados mostraram variação nos valores de Ks obtidos por DI de 820-2.020 cm d-1, os quais foram de 7 a 13 vezes maiores, quando comparados aos valores com TI, e 12 a 33 vezes maiores, quando comparados com TIsand. Para as aplicações de 25 mm e 50 mm de BB, o corante concentrou-se 60% na camada de 25 cm e variou pouco entre os métodos de infiltração. Somente para a lâmina de 100 mm, utilizando-se o método DI, observou-se dispersão do corante, atingindo camadas mais profundas. Assim, observou-se que os valores de Ks e a dispersão de corante dependeram das condições de contorno. Além disto, para o método DI, mais de 90% do corante concentrou-se abaixo da área de infiltração, revelando fluxo vertical preferencial.

There are several field methods and techniques for measuring Ks. In this study, double-ring (DI) and tension infiltrometer (TI) infiltration techniques were combined with dye tracer application and compared for estimating Ks and the mobile soil fraction on a structured sandy loam soil (Gleyic Luvisol), in Rostock, Germany. Water was infiltrated into soil by using three methods: DI, TI (without contact with sand), and TIsand (with contact with sand), until steady-state conditions were obtained. At different positions, three pulse depths of 25 mm, 50 mm, and 100 mm, with a 2 g L-1 Brilliant Blue (BB) FCF dye solution, were used. The results showed variable Ks values for DI of 820-2,020 cm d-1, which were 7 to 13 times higher, when compared to TI values, and 12 to 33 times higher than for TIsand. For the 25 mm and 50 mm BB applications, the mobile (dye-stained) soil regions constituted up to 60% in the top 25 cm and varied little, when considered the infiltration methods. Only the 100 mm application, using the DI, yielded significant BB displacement into the subsoil. Hence, both Ks values and their corresponding dye pattern depended on the boundary conditions. For DI, more than 90% of the dye was constrained below the infiltration area, revealing that flow was essentially vertical.Existem muitas técnicas e métodos de campo para medir e estimar a condutividade hidráulica saturada do solo (Ks). Neste estudo, medidas de condutividade hidráulica (Ks) e movimento de água no solo, pelos métodos anéis concêntricos (DI) e infiltrômetro de tensão (TI), foram avaliados em solo de textura média (Gleyic Luvisol), em Rostock, na Alemanha. Após obtida a estabilidade de infiltração da água, utilizando-se os métodos DI, TI (sem contato com areia) e TIsand (com contato com areia), três lâminas de 25 mm, 50 mm e 100 mm de solução corada de azul, 2 g L-1 Brilliant Blue FCF (BB), foram aplicadas, em diferentes posições, na área. Os resultados mostraram variação nos valores de Ks obtidos por DI de 820-2.020 cm d-1, os quais foram de 7 a 13 vezes maiores, quando comparados aos valores com TI, e 12 a 33 vezes maiores, quando comparados com TIsand. Para as aplicações de 25 mm e 50 mm de BB, o corante concentrou-se 60% na camada de 25 cm e variou pouco entre os métodos de infiltração. Somente para a lâmina de 100 mm, utilizando-se o método DI, observou-se dispersão do corante, atingindo camadas mais profundas. Assim, observou-se que os valores de Ks e a dispersão de corante dependeram das condições de contorno. Além disto, para o método DI, mais de 90% do corante concentrou-se abaixo da área de infiltração, revelando fluxo vertical preferencial.