ANÁLISE GRANULOMÉTRICA

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Giulia Molinari Vilalobos
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1 ANÁLISE GRANULOMÉTRICA O objetivo de uma análise granulométrica é medir o tamanho de partículas individuais, ou seu equivalente hidráulico, determinar sua distribuição de frequência, e calcular uma descrição estatística que adequadamente caracterize a amostra (Poppe et al 2000)

2 Velocidade de queda padrão de uma partícula é a taxa média de deslocamento vertical de uma partícula em uma coluna de água destilada não perturbada, de profundidade infinita, e com temperatura de 24 C. UNIDADES DE MEDIDA Diâmetro nominal de uma partícula é o diâmetro de uma esfera com mesmo volume da partícula. D Conceito de tamanho de sedimento massa ~ D 3 D V => Diâmetro da peneira de uma partícula é o diâmetro da esfera igual ao D comprimento lateral da abertura da malha da peneira. D V D Diâmetro de queda é o diâmetro de uma esfera com gravidade específica de 2,65 e que apresente a mesma velocidade de queda padrão da partícula. D V V Gravidade Específica é a razão entre a densidade da substância e a da água. Para o quartzo, com densidade 2,65 g/cm 3, sua densidade específica é de 2,65.

3 ESCALAS DE TAMANHO DOS GRÃOS (em mm) O diâmetro de um grão de volume irregular é aquele associado à maior distância entre dois pontos de sua superfície. U.S. Public Roads 1938 Sociedade Int. de Ciências do Solo 1915 Instituto de Tecnologia de Massachussets 1931 ABNT 1980 a ,005 0,05 0,002 0,02 0,002 0,05 0,002 0,005 0,05 D ABNT ,002 0,06 2,0 Wentworth ,004 0,064 2,0 ARGILA COLOIDAL ARGILA SILTE AREIA GRÂNULO SEIXO CALHAU Almeida, G.C.P.

4 ESCALA PHI (Krumbein 1934) d ( mm) φ = log2 ou φ = log d ( mm) 10 d( mm) = φ 2 A transformação logarítmica normaliza a distribuição e facilita a descrição estatística e representação gráfica Grain Size (phi) d(mm) d(mm) φ = -log = ln mm 1.0 mm Grain Size (mm)

5 ESCALAS DE TAMANHO Partícula Diâmetro (mm) Phi Matacão > 256 < -8 Calhau 64 a a -8 Seixo e subdivisões 4 a 64-2 a -6 Grânulo e subdivisões 2 a 4-1 a -2 Areia muito grossa 1 a 2 0 a -1 Areia grossa 0,5 a 1 1 a 0 Areia média 0,25 a 0,5 2 a 1 Areia fina 0,125 a 0,25 3 a 2 Areia muito fina 0,062 a 0,125 4 a 3 Silte grosso 0,031 a 0,062 5 a 4 Silte médio 0,016 a 0,031 6 a 5 Silte fino 0,008 a 0,016 7 a 6 Silte muito fino 0,004 a 0,008 8 a 7 Argila grossa 0,002 a 0,004 9 a 8 Argila média 0,001 a 0, a 9 Argila fina 0,0005 a 0, a 10 Ultraaargila <0,0005 >11 Progressão geométrica onde o tamanho da classe posterior é duas vezes o da classe anterior Isso é o mesmo que uma, progressão logarítimica na base 2, ou 2 3, 2 2, 2 1, 2 0. mm Phi => => => 8 Mto Grossa Grossa Media Fina Mto fina

http://www.brookes.ac.uk/geology/8320/grainsize.

6 ESCALAS DE TAMANHO granulos areia muito grossa areia grossa areia média Lama = silte e argila areia muito fina areia fina

7 TÉCNICAS PARA DETERMINAÇÃO DA DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA Partícula Diâmetro (mm) Phi Métodos Mecânicos Matacão > 256 < -8 Calhau 64 a a -8 Seixo e subdivisões 4 a 64-2 a -6 Grânulo e subdivisões 2 a 4-1 a -2 Areia muito grossa 1 a 2 0 a -1 Areia grossa 0,5 a 1 1 a 0 Areia média 0,25 a 0,5 2 a 1 Areia fina 0,125 a 0,25 3 a 2 Areia muito fina 0,062 a 0,125 4 a 3 Silte grosso 0,031 a 0,062 5 a 4 Silte médio 0,016 a 0,031 6 a 5 Silte fino 0,008 a 0,016 7 a 6 Silte muito fino 0,004 a 0,008 8 a 7 Argila grossa 0,004 a 0,004 9 a 8 Argila média 0,001 a 0, a 9 Argila fina 0,0005 a 0, a 10 Ultraaargila <0,0005 >11 -Peneiramento e análise individual dos grãos - Peneiramento a seco - Tubo de acumulação visual - Densímetro - Pipetagem - Tubo com drenagem de fundo - Densímetro

8 Técnicas de Análise Peneiramento A amostra é depositada no topo de uma sucessão de peneiras gradativamente mais finas e então presa a um aparelho vibrador, onde permanece por minutos. O intervalo entre as peneiras varia a depender da resolução escolhida para análise.

9 Métodos gravimétricos Método Tamanho limite de análise (mm) Limite de concentração (ppm) Tubo de sedimentação 0,001 1, Pipetagem 0,001 0, Hidrômetro (densímetro) 0,001 0, Tubo de acumulação visual 0,0625 2,

10 Métodos gravimétricos Pipetagem Retirada de uma amostra d água (~20 ml) de uma profundidade fixa e em intervalos de tempo pré-determinados. Adiciona-se à amostra uma pequena quantidade de dispersante para evitar a floculação Comparação de duas análises granulométricas com (azul) e sem (vemelho) a utlização de dispersante % Dias 2000

11 Técnicas de Análise Analisador de partículas a laser Mede a distribuição de volume das partículas, e não de tamanho, sendo capaz de processar particulas com diâmetros nominais entre 0,1 µ e 3000 µ

12 PROCEDIMENTO TRADICIONAL DE LABORATÓRIO Baisch et al 2003

13 VELOCIDADE DE DECANTAÇÃO DE UMA PARTÍCULA Lei de Stokes densidade do densidade sedimento do (2650 sedimento kg/m 3 ) V = D 2 ρ s ρ g velocidade de queda 18 µ densidade do densidade fluido do (1000 fluido kg/m 3 ) viscosidade molecular (~ 10-3 Pa/s) gravidade Vel. Queda (m/h) TEM COMO PREMISSA O ESTABELECIMENTO DE FLUXO LAMINAR SEPARAÇÃO DE FLUXO DIMINUI VELOCIDADE DE QUEDA Diâmetro (micra) V Experimento SE APLICA A GRÃOS MENORES QUE 100 µ

14 Outras equações para calculo da velocidade de queda terminal Jimenez & Madsen (2003) υ = 10-6 m 2 /s Gibbs et al. (1971) r = raio esfera Calcular velocidade de decantação da argila V = ,

15 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA Tempo de peneiramento : 10 Minutos Peso Total (g) : Peso Finos (g : 8.16 phi mm Peso bruto Peso do vidro Material Retido % Retido % Acum. >(-2,0) > 4, , , , , , , , , , , < 8,00 < 0,

16 Exemplo de planilha usada em laboratório

17 DISTRIBUIÇÃO GRANULOMÉTRICA Histogramas 50% 45% 40% 35% 30%?? 80% 70% 60% 50% 25% 40% 20% 15% 10% 5%??? 30% 20% 10% 0% 0% Phi Phi 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0%?? Phi

18 CLASSIFICAÇÃO POR TAMANHO DE GRÃO 100% 80% 60% 40% 20% 0% CASCALHO AREIA SILTE ARGILA 100% 80% 60% 40% 20% 0% CASCALHO AREIA SILTE ARGILA

19 % d o P e s o T o t a l CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO ACUMULADA Diâmetro do grão (PHI) P e s o C u m u l a t i v o ( % ) Diâmetro do grão (PHI) P e s o a c u m m u l a d o ( % ) Gáfico de probabilidade normal Diâmetro do grão (PHI) 0.01

20 MODA ANÁLISE ESTATÍSTICA classe mais frequente. Amostras uni ou polimodais MEDIANA MEDIA divide a distribuição granulométrica em duas partes iguais. Corresponde à freqüência de 50% na curva acumulada divide a distribuição granulométrica em duas partes iguais. Corresponde à freqüência de 50% na curva acumulada ASSIMETRIA medida da inclinação da distribuição em relação a uma distribuição logarítmica normal CURTOSE reflete o desvio de uma distribuição normal nas extremidades da distribuição. Curva platicúrtica (pico mais chato) Kr < 3 Curva leptocúrtica (pico acentuado) Kr > 3 DESVIO PADRÃO ou grau de seleção dos sedimentos

21 DISTRIBUIÇÃO NORMAL Unimodal e simétrica moda, média e mediana DISTRIBUIÇÃO NORMAL Bimodal e lig. assimétrica mediana média % % 49% 51% moda diâmetro Unimodal e assimétrica positiva (mm) diâmetro Unimodal e assimétrica negativa (mm) moda média mediana mediana média moda % % diâmetro diâmetro A distribuição assimétrica positiva indica a queda da curva para o lado com menores valores da distribuição. A distribuição assimétrica negativa indica a queda para o lado com os maiores valores da distribuição

22 Em uma distribuição normal simétrica, o intervalo entre a média + 1 DP e a média 1 DP compreende 68.3% dos dados. Já o intervalo média + 2 DP e a média 2 DP compreende 95.4% dos dados. σ = desvio padrão (DP) µ = média

23 Normalmente a assimetria resulta da remoção (ou adição) seletiva de classes de tamanho. a bimodalidade da distribuição granulométrica resulta da combinação de duas cargas de sedimento % %

24 ) P e s o C u m u l a t i v o ( % 100 MÉTODO GRÁFICO ANÁLISE ESTATÍSTICA 2 FORMAS DE CÁLCULO µ = φ16 + φ50 + φ84 3 σ = φ84 φ16 + φ95 φ s k = φ16 + φ84 2φ50 + φ5 + φ95 2φ5 2 (φ84 φ16) 2(φ95 φ5) Diâmetro do grão (PHI) 1 o. Momento µ = Σ f x φ f = frequência φ = classe 100 MÉTODO DOS MOMENTOS 2 o. Momento σ 2 = Σ f (x φ - µ) o. Momento s k = Σ f (x φ - µ) σ σ 3 k r = Σ f (x φ - µ) 4

25 Classificação das amostras com base na seleção e assimetria (em PHI) Mto bem selecioandas Selecionamento Assimetria <0,35 Fortemente positiva > 0,3 Bem selecionadas 0,35 0,5 Positiva 0,3 0,1 Moderadamente bem selecionadas Moderadamente selecionadas Pobremente selecionadas Mto pobremente selecionadas 0,5 0,71 Simétrica 0,1-0,1 0,71 1,0 Negativa -0,1-0,3 1,0 2,0 Fortemente negativa < -0,3 > 2,0

26 Forma dos Grãos Oblado Esferóide I L 0.66 I S L Lamelar S I 0.66 Acicular

27 Arredondamento e Esfericidade Wikipedia Wikipedia

28 DIFERENÇAS ENTRE MÉTODOS Tubo de sedimentação x Peneiramento Laser x Pipetagem Diâm. Médio (Φ) Desvio (Φ) Massa da amostra (g) Massa da amostra (g) P o r c e t a g e m laser pipetagem Lange et al Diâmetro do grão (mm)

29 Resultados de peneiramento e pipetagem comparados com resultados de difração por laser. Para o silte, a análise a laser tornou as amostras mais grossas em até 2 intervalos de tamanho (0,5 Phi). No caso das argilas, a diferença chega a ser de 8 intervalos de tamanho (1 Phi). Comparação entre amostras com mesma amplitude de variação Comparação inlcuindo frações mais gorssas da analise a laser.

30 CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL Diagramas Ternários Classificação textural da amostra Arenosa Siltosa Argilosa Areno siltica Areno argilosa Areno silto argilosa Areno argilo siltica Silto arenosa Silto argilosa

31 CLASSIFICAÇÃO TEXTURAL Diagramas Ternários Folk 1954

32 Shepard 1954 Gorsline 1960

33 Bibliografia no FTP Alverino_Dias _Analise Sedimentar Sistemas Marinhos_2004.pdf Baish et al. Protocolos de coleta e análise dos sedimentos e material em suspensão. Manual Projeto Millenium Bibliografia na WEB - USGS - Grain-size analysis of marine sediments: methodology and data processing.

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