2. Propriedades físicas dos sedimentos Propriedades dos grãos (partículas)

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1 2. Propriedades físicas dos sedimentos 2.1. Propriedades dos grãos (partículas) Dimensão As dimensões das partículas, de forma irregular, representam-se pelo Diâmetro esférico equivalente : Diâmetro nominal: diâmetro da esfera de densidade e volume iguais aos da partícula; (útil quando é fácil de medir o volume da partícula) Diâmetro de peneiração: φ da esfera que, como a partícula, passa sem folga pela rede de um peneiro; (comum para areias) Diâmetro de sedimentação: φ da esfera de densidade igual à da partícula, que atinge a velocidade terminal (em equilíbrio), w s, igual à da partícula, nas mesmas condições; (útil para areias finas, siltes e argilas) Diâmetro de queda: φ da esfera de densidade 2.65, que atinge a mesma velocidade terminal que dada partícula, em água destilada à temperatura de 24 C. (útil para areias finas, siltes e argilas) II 1

2 Classes de tamanhos: (divisão primária) CLASSE Calhau (cobles) Seixo (gravel) Areia (sand) GAMA DE DIÂMETROS D 64 mm 2 mm D < 64 mm 62 µm D < 2 mm Silte (silt) 4 µm D < 62 µm Argila (clay) 0.24 µm D < 4 µm NOTA: Os diâmetros indicados e mais vulgares são os diâmetros de peneiração Forma A forma influencia a velocidade de transporte, a velocidade de queda, a estabilidade dos taludes, etc. Existem vários parâmetros que caracterizam a forma das partículas, destacando-se: V pvs a) Esfericidade= 3, sendo V p e V s os volumes da partícula e da esfera que a circunscreve, respectivamente. II 2

3 b) factor de forma de Corey: Sf = c ab a = maior eixo ortogonal da partícula, b = eixo médio ortogonal da partícula, c = menor eixo ortogonal da partícula, Ex.: areias de quartzo: SF Densidade Varia com a composição mineralógica, afectando o transporte de sedimentos por segregação (efeito de encouraçamento, armouring ) Quartzo e feldspato: s γ = s 2.65 γ Velocidade de queda ou de sedimentação Em regime estacionário, a velocidade de queda, w s, é denominada de velocidade terminal e a força resistente (de arrastamento, que resulta do atrito) é equilibrada pelo peso submerso. II 3

4 Força de arrastamento ( drag ): F d = 1 C 2 D ρ Aw 2 s C D = coeficiente de resistência, depende do No. de Reynolds, Re w = wsd ν Regime laminar (lei de Stokes): C D =24/Re w A = área de projecção da partícula no plano normal à trajectória. Para uma esfera: A = π D 4 ρ = massa volúmica do fluido Peso de uma partícula (esférica) submersa: 2 W 1 3 = π D g s 6 ( ρ ρ ) ρ s = massa volúmica da partícula D = diâmetro da esfera W W 4 1 ρ ρ = F = = s D ws gd 1 C ρ CD ρ D A 3 2 II 4

5 Camada limite laminar Camada limite laminar com separação turbulenta na zona de sombra da esfera Camada limite turbulenta, redução de C D (Adaptado de Cardoso, 1998) A velocidade de queda de partículas isoladas, em água destilada, é dada em função do diâmetro de peneiração, de SF, e da temperatura (em C) ver ábaco II 5

6 Velocidade de queda em função de SF e de D (Adaptado de Cardoso, 1998) Ws das partículas depende ainda: do efeito de conjunto, da concentração de sedimentos, da turbulência, das forças (electromagnéticas) de interacção,... Na prática, considera-se o diâmetro médio, D m II 6

7 2.2. Propriedades das misturas granulométricas Distribuição granulométrica Geralmente, os sedimentos consistem em misturas com grãos de diâmetros, formas e densidades diversas Caracterização estatística das amostras Peneiração mecânica: determinação da distribuição granulométrica curvas de frequência acumulada Diâmetro mediano, D 50 Diâmetro médio, D m idi = 100 Sendo i a diferença percentual entre 2 valores consecutivos e D i o valor médio dos D extremos que delimitam o intervalo i. (Ver exemplo) Coeficiente de graduação, σ D Diâmetro em que n% do material é mais fino, D n. Exemplos: D 35 (Einstein), D 65., D 85 Diâmetro médio geométrico, D g II 7

8 (Adaptado de Cardoso, 1998) II 8

9 Geralmente, as curvas de distribuição granulométrica seguem uma distribuição log-normal (representadas por rectas em gráficos em papel log-normal). (Adaptado de Cardoso, 1998) II 9

10 Permite definir: Diâmetro geométrico, D g : valor de D para a ordenada de 50%, lida sobre a recta que une os pontos correspondentes às percentagens de 16 e 84% da curva granulométrica, D g = D 84 D 16 1 D Coeficiente de graduação, = 84 D σ + 50 D, é 2 D50 D16 aproximadamente igual ao desvio padrão da amostra Porosidade Porosidade, υ: % de vazios num dado volume de sedimentos secos. Os sedimentos finos são em geral mais porosos que os grosseiros. Areias: Finas: 44 < υ < 49% Médias: 41 < υ < 48% Grossas: 39 < υ < 41% II 10

11 Ângulo de atrito interno É o ângulo cuja tangente é igual à razão entre as forças tangenciais e normais numa situação de deslizamento iminente entre duas camadas de sedimentos. Sendo as forças de coesão, para areias, em geral fracas, o ângulo de atrito interno coincide com o ângulo de repouso, θ r, ou ângulo de talude natural. Variação do ângulo de repouso com D de materiais uniformes (Adaptado de Cardoso, 1998) II 11