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Analise granulométrica para que? Parte 1

March 31, 2018

A análise granulométrica no contexto do Gerenciamento de áreas contaminadas

 

 

A DD038 apresentada pela CETESB (agência do Governo o Estado de São Paulo responsável pelo controle, fiscalização, monitoramento e licenciamento de atividades geradoras de poluição) em fevereiro de 2017, indicou um novo elemento para a descrição das litologias e demais materiais observados em sondagens investigativas que envolvem caracterização do solo: a análise granulométrica. Esta solicitação agregaria realmente elementos úteis para descrição de solos, no contexto do gerenciamento de áreas contaminadas? Na DD038 (CETESB 2017) não foram apresentados mais detalhes sobre a forma e frequência da análise, por isso, vou apresentar alguns métodos e interpretações de análises granulométricas para ilustrar suas aplicações.

 

Por ser um assunto com diversas aplicações em Sedimentologia e Estratigrafia, vou apresentar este assunto em dois posts:

 

Post 1: Métodos para a análise granulométrica (sim, existe mais de um!)

 

Post 2: Aplicações no Gerenciamento de áreas contaminadas e minha opinião sobre a solicitação.

 

Então vamos à Parte 1: Métodos para a análise granulométrica

 

Os solos sedimentares e os solos residuais siliciclásticos (compostos por fragmentos de minerais silicosos como por exemplo o quartzo) são classificados inicialmente pela sua textura, que inclui tamanho dos grãos e suas proporções no solo, além da forma (formato, arredondamento e esfericidade), seleção e arranjo matriz/clasto.

 

Descrições realizadas em campo geralmente utilizam método táctil-visual, com o qual é possível realizar uma primeira avaliação textural e ainda obter outras características do solo (e.g. compacidade, dureza, plasticidade predomínio de silte ou argila). Para quem desejar se aprofundar em análises táctil-visuais recomendo a norma ASTM D2487 (Standard Practice for Classification of Soils for Engineering Purposes - Unified Soil Classification System) e o Manual de Descrição e Coleta de Solo no Campo da Sociedade Brasileira de Ciência do solo/ Embrapa. Apesar da enorme importância deste tipo de descrição, não deixam de ser descrições expressas realizadas em campo, cuja qualidade está intensamente associa a experiência do profissional que a realiza e realmente não tem a mesma precisão de um ensaio realizado em laboratório. Por isso, em Sedimentologia e Estratigrafia, a análise granulométrica é utilizada para incrementar o conhecimento de aspectos texturais e como ferramenta auxiliar na identificação da origem de solos sedimentares.

A maioria dos profissionais provavelmente associa a análise granulométrica ao processo de peneiramento com aquela tradicional bateria de peneiras sendo agitada... Certamente é o método mais popular, porém, não é o único:

 

 

Peneiramento é mais utilizado para as frações areia, grânulos e conglomerado. Nele é utilizada bateria de peneiras compatíveis com a escala granulométrica adotada, sendo pesada a fração retida (os cálculos necessários para obtenção das proporções dos materiais retidos, assim, como os procedimentos preparatórios e de realização do ensaio podem ser encontrados na norma ABNT 7181:2017).

 

Sedimentação é utilizada principalmente para a fração fina, menor que 0,075 mm, com medições realizadas em uma suspensão com densímetro em intervalos de tempo pré-determinados, sendo realizados os cálculos para identificar o diâmetro máximo das partículas em suspensão, tendo como referência a lei de Stokes (os cálculos necessários para obtenção das proporções do material em suspensão para cada leitura do densímetro podem ser encontrados na norma ABNT 7181:2017 , destacando-se que a CETESB descreve o método de pipetagem para este tipo de ensaio – NORMA TÉCNICA CETESB L6.160:1995).

 

Peneiramento e Sedimentação Combinados: para solos/rochas sedimentares que apresentam frações maiores e menores que 0,075 mm (exemplo: areia argilosa).

 

Difração de laser: tamanho de partículas por difração de laser, tipicamente utilizado na faixa entre 0,01 µm e 3,5 mm (dependendo do equipamento). Utiliza como princípio o fenômeno da dispersão, onde partículas grandes dispersam a luz em pequenos ângulos em relação ao feixe de laser e partículas pequenas dispersam a luz em ângulos grandes. O tamanho das partículas é indicado como o diâmetro de uma esfera de volume equivalente (para quem quer ver como funciona: https://www.youtube.com/watch?time_continue=251&v=IicID1VTFZU).

 

Por imagem: pode realizar a medição do tamanho, da forma de partículas (formato, arredondamento e esfericidade) e ainda fornecer estatísticas destes parâmetros (exemplo: https://www.youtube.com/watch?v=QEOz5US827w). Na minha opinião como Geólogo, este método é o mais instigante.

 

Os tamanhos dos grãos são organizados em escalas granulométricas. Existem escalas que atendem diferentes setores, porém, a preferida em Geologia é a de Wentworth (1922), com os seguintes intervalos principais:

 

Dimensões                          Nome do Intervalo

> 256 mm                           Matacão

64–256 mm                         Calhau

4–64 mm                             Seixo

2–4 mm                              Grânulos

1–2 mm                              Areia grossa

¼–1 mm                             Areia média

62,5–250 µm                       Areia fina

4–62.5 µm                           Silte

< 4 µm                               Argila

 

A figura 1 mostra a proporção entre as partículas do tamanho de areia, silte e argila em seus limites superiores.

 

Figura 1 - Comparação entre grão de areia, grão de silte e partícula de argila em seus limites superiores na escala de WENTWORTH (1922)

 

A escala adotada pela ABNT pode ser extraída de Norma ABNT 6502:1995. A escala adotada pela EMBRAPA pode ser visualizada em ALMEIDA et al. ( 2012 - https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/950832/1/ComTec66AnaliseGranulometrica.pdf)

O resultado da análise granulométrica permite a classificação textural do solo baseada nas proporções entre as frações da escala granulométrica. Existem muitas opções, a maioria baseada em diagramas triangulares (figura 2), sendo as mais conhecidas e utilizadas em Geologia as de FOLK (1954), SHEPARD (1954) e mais recentemente FLEMMING (2000).

 

 Figura 2 - Diagrama triangular baseado nas classes propostas por FOLK (1954)

 

Outra informação interessante para a classificação e interpretação obtida dos resultados da análise granulométrica é a seleção. Para a obtenção do grau de seleção são comumente utilizados métodos gráficos em combinação com curvas acumulativas de tamanho dos grãos, geralmente na escala φ (phi, logarítimo negativo de base 2 do tamanho do grão) para estimar a média e o desvio padrão, este último utilizado como referência para a seleção (figura 3).

 

 Figura 3 - Curvas acumulativas de tamanho dos grãos na escala φ (dados sintéticos)

 

A seleção pode ser obtida pela fórmula:

 

 Segundo FOLK (1974), esta seria uma possível classificação quanto a seleção:

 

0 a 0,35 φ           muito bem selecionado

0,35 a 0,50 φ       bem selecionado

0,50 a 0,71 φ       moderadamente bem selecionado

0,71 a 1 φ           moderadamente selecionado

1 a 2 φ                mal selecionado

2 a 4 φ                muito mal selecionado

> 4 φ                  extremamente mal selecionado

 

No exemplo do gráfico (construído com dados sintéticos) a amostra 2 é melhor selecionada que a amostra 1.

 

A análise granulométrica é uma ferramenta importante para a classificação de depósitos sedimentares (solos sedimentares em engenharia), assim como é importante na caracterização tecnológica de materiais particulados na mineração e na indústria farmacêutica. Mas, a análise granulométrica pode fornecer mais informações relevantes no âmbito do gerenciamento de áreas contaminadas? A resposta a esta questão apresentarei no segundo post deste tema.

 

 

 

Meu nome é Sergio Matos, sou geólogo e incentivo a aplicação de Geologia no gerenciamento de áreas contaminadas.

 

Gostaria de sugerir um assunto? 
e-mail: sergio.matos@pangeo.com.br 
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Ou acesse: https://www.pangeo.com.br/contato

 

 

 

Referências

 

ALMEIDA, B. G. de; DONAGEMMA, G. K.; RUIZ, H. A.; BRAIDA, J. A.; VIANA, J. H. M.; REICHERT, J. M. M.; OLIVEIRA, L. B.; CEDDIA, M. B.; WADT, P. S.; FERNANDES, R. B. A.; PASSOS, R. R.; DECHEN, S. C. F.; KLEIN, V. A.; TEIXEIRA, W.G. Padronização de métodos para análise granulométrica no Brasil. Rio de Janeiro: Embrapa Solos, 2012. 11 p. (Embrapa Solos. Comunicado técnico, 66).

 

FLEMMING, B.W. 2000. A revised textural classification of gravel-free  muddy sediments on the basis ternary diagrams. In: Continental Shelf Research, n. 20:1125-1137.

 

FOLK, R.L, 1954. The distinction between grain size and mineral composition in sedimentar-rock nomenclature. Journal of Geology 62(4):344-359

 

FOLK, R.L. (1974) - The petrology of sedimentary rocks. 182 p., Hemphill Publishing Co., Austin, Texas, USA.

 

SHEPARD, F.P., 1954, Nomenclature based on sand-silt-clay ratios: Journal of Sedimentary Petrology, v. 24, p. 151-158.

 

WENTWORTH, C.K. 1922. A scale of grade and class terms for clastic sediments, Journal of Geology 30:377–392

 

 

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