30 de Abril de 2014 - web.fe.up.ptup201308548/anexos/relatoriofinal_PedroSilva.pdf · reter água, a susceptibilidade à erosão, movimentos de massa, teor de matéria orgânica,

Esta actividade laboratorial tem como objectivo introduzir os alunos a dois

processos de separação física – Crivagem e Ciclonagem. A crivagem é utilizada com

eficiência até calibres de 0,074 mm sendo que para calibres menores são usadas outras

técnicas e instrumentação, nomeadamente o cyclosizer. As partículas finas que são

estudadas no cyclosizer são extremamente importantes relativamente ao comportamento

da solo. A variação da percentagem de finos de um solo influencia a capacidade do solo

reter água, a susceptibilidade à erosão, movimentos de massa, teor de matéria orgânica,

etc.

Docente : Aurora Futuro Silva

Inês Cunha – [email protected]

Pedro Silva – [email protected]

MIEA102 – Grupo 2

30 de Abril de 2014

| Classificação granulométrica da fração fina de um solo utilizando o cyclosizer

Inês Cunha | Pedro Silva 1

Índice

Pág.

I - Introdução ………………………………………………………………………… 2

Classificação granulométrica do solo…………………………… 2

Cyclosizer……..………………………………………………….2

Importância das partículas finas no comportamento do solo…… 3

II – Resultados obtidos…………………….…………………………………………. 4

Cálculos e tabelas………………………………………………….4

Gráficos….…………………….…….…………………………….6

Reflexão sobre a utilização da escala linear e logarítmica…….….8

III – Classificação do tipo de solo e as suas características………….…………………9

Cálculos…………………………………………………………….9

Classificação do solo e as suas características……………..……..10

IV - Conclusão ………...………………………………………………………………11

V - Referências bibliográficas …………………………………………………………11



Introdução

A composição granulométrica do solo permite, principalmente para solos

grosseiros, determinar as características do seu comportamento. Quando as partículas têm

calibre entre 60 - 2 mm, estas devem ser classificados como pedregulho. Quando as partículas

têm tamanhos entre 2 – 0,06 mm, 0,06 – 0,002 mm e < 0,002 mm são denominadas por areia,

silte e argila, respectivamente. (tabela 1)

Na classificação granulométrica os solos são designados pelo nome da fração

maioritária. No entanto, é necessário ser cauteloso com esta afirmação porque nem sempre

são estas que ditam o comportamento de um solo. Sendo assim, será mais correcto denominar

um solo de acordo com a fração mais activa em vez da fração predominante. A classificação

granulométrica ainda é a mais usada universalmente, principalmente para solos grossos.

Esta actividade laboratorial diferenciou-se das restantes por termos dado maior

importância ao estudo das partículas de diâmetro inferior a 0,074 mm. Separamos a parte

grosseira da nossa amostra por crivagem, sendo a fração do material que ficou no infracrivo

correspondente às partículas < 0,074 mm. Para diâmetros tão reduzidos, a eficiência da

crivagem é drasticamente reduzida e são usados outros processos, nomeadamente o

cyclosizer.

O equipamento cyclosizer é composto por cinco hidrociclones invertidos

sequenciais, com fluxo de água constante. Ao entrar no primeiro hidrociclone, as partículas

da amostra sofrem ação de uma força centrífuga. As partículas maiores são encaminhadas em

direção às paredes do hidrociclone e ficam retidas no mesmo (overflow). As partículas

menores, por sua, sentem menos essa força e entram no vórtex central do ciclone sendo

encaminhadas ao próximo hidrociclone (underflow).

Ilustração 1 – Cyclosizer e o seu respectivo diagrama de funcionamento



60 – 2 mm Pedregulho

2,0 – 0,06 mm Areia

0,06 – 0,002 mm Silte

Menor 0,002 mm Argila Tabela 1 – classificação das partículas em função do tamanho

Apesar deste trabalho ter a particularidade de utilizarmos o cyclosizer, a

crivagem também desempenha um papel extremamente importante. Para além de

separar a parte mais grosseira da nossa amostra, conseguimos obter a percentagem de

finos de um solo através da utilização exclusiva da crivagem.

A percentagem de finos corresponde à quantidade de material que tem um

calibre inferior a 200# (0,074mm), ou seja, ao material que fica retido no infracrivo e

que corresponde à percentagem de areia e silte.

A percentagem de silte e areia são extremamente importantes porque estas

partículas estão relacionadas com a possibilidade de retenção de água do solo e,

consequentemente, com a possibilidade de ocorrerem deslocamento de massa.

Um solo pesado é um solo que têm uma percentagem de argila superior a

35%. Este tipo de solo é caracterizado pela sua alta capacidade de

retenção de água, baixa permeabilidade, resistência à erosão e

movimentos de massa reduzidos.

Um solo leve é um solo que apresenta teores de areia de

aproximadamente 70% e <15% de argila: são permeáveis, leves, de baixa

capacidade de retenção de água, baixo teor de matéria orgânica.,

altamente susceptíveis à erosão e sujeito a movimentos de massa.

Procedimento experimental – ver página 22 a 25 do manual de laboratório.



Resultados obtidos

Diâmetro real = Diâmetro teórico * f1 * f2 * f3 * f4

Diâmetro teórico – calibre teórico para as condições padrão

f1 – factor de correcção para a temperatura

f2 – factor de correcção para a densidade

f3 – factor de correcção para o fluxo

f4 – factor de correcção par o tempo

Para as condições em que foi realizada a actividade laboratorial:

o Temperatura = 18ºC, f1 = 1,025

o Densidade = 2,65 , f2 = 0,980

o Fluxo de água = 180mm, f3 = 1,018

o Tempo de elutriação = 30 min, f4 = 0,970

Massa total da amostra do solo = 923 g

Diâmetro teórico em microns Diâmetro real em microns

44 44*1,025*0,980*1,018*0,97 = 43,64

33 33*1,025*0,980*1,018*0,97 = 32,73

23 23*1,025*0,980*1,018*0,97 = 22,81

15 15*1,025*0,980*1,018*0,97 = 14,88

11 11 11*1,025*0,980*1,018*0,97 = 10,91

Tabela 2 – Calibre real dos ciclones

Diâmetro do crivo em milímetros Peso parcial (Peso cumulativo %)

0,420 316g => 34,2%

0,297 93g => 44,3%

0,210 85g => 53,5%

0,149 90g => 63,3%

0,105 72g =>71,1%

0,074 75g => 79,2%

<0,074 (Infracrivo) 192g => 100,0 %

Tabela 3 – Pesos parciais e cumulativos obtidos na crivagem de uma amostra de 923g



Calibre do Ciclone Pesos Parciais

43,64 2,90g

32,73 6,05g

22,81 8,55g

14,88 5,45g

10,91 3,10g

<10,91 40,10g – 26,05g = 14,05g (a)

Tabela 4 - Separação da amostra retida no infracivo num cyclosizer

Como o calibre mínimo de partículas retidas no cyclosizer é de 10,91 microns, as

partículas com diâmetro inferior são expelidas do sistema juntamente com a água.

Podemos então considerar que, caso se tratasse de uma experiência com um erro

baixíssimo e que toda a massa em falta correspondesse às partículas expelidas, a massa

dessas partículas vai ser igual à diferença entre a massa total da amostra colocada

no cyclosizer e o somatório de todos os pesos parciais. (a)

Tendo em conta que executamos processos de mistura e homogenização da amostra

retida no infracrivo de modo a obtermos uma amostra ilustrativa de aproximadamente

40 gramas, é incorrecto relacionar os dados da crivagem com os da ciclonagem sem ser

efectuado um tratamento prévio dos dados.

Após a crivagem existiam 192g de partículas com calibre inferior a 74 microns. No

entanto, como só recolhemos 40,1g da amostra, temos de multiplicar os valores

obtidos na ciclonagem por

=

g

g = 4,79. Este passo reveste-se de

extrema importância porque, caso contrário, não é possível fazer a relação

crivagem/ciclonagem.



Tabela 5 – Pesos parciais e cumulativos relativos à crivagem e ciclonagem (os valores já aparecem multiplicados pelo factor – 4,79)

Calibre das partículas

em microns

Peso parcial (%m/m) Peso cumulativo % (Amostra retida)

420 316g => 34,2% 34,2%

297 93g => 10,1% 44,3%

210 85g => 9,2% 53,5%

149 90g => 9,8% 63,3%

105 72g =>7,8% 71,1%

74 75g => 8,1% 79,2%

43,64 13,90g => 1,5% 80,7%

32,73 29,0g => 3,3% 84,0%

22,81 41,0g => 4,4% 88,4%

14,88 26,1g => 2,8% 91,2%

10,91 14,8g => 1,6% 92,8%

<10,91 67,2g => 7,2% 100%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

1 10 100 1000

% m

ate

ria

l q

ue

fic

a r

eti

do

% m

ate

ria

l q

ue

pa

ssa

Diâmetro das partículas(microns)

Curva granulométrica

Gráfico 1 – Curva granulométrica em escala logarítmica



0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10 100 1000

% m

ate

ria

l q

ue

pa

ssa


Cumulante Inferior

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

10 100 1000

% m

ate

ria

l re

tid

o


Cumulante superior

Gráfico 2 – Cumulante superior em escala logarítmica

Gráfico 3 - Cumulante inferior em escala logarítmica

D10 D60



Devemos ser capazes de escolher a escala mais eficaz para a apresentação dos nossos

resultados. Na escala linear, duas graduações cuja diferença vale 10 estão a uma

distância constante. Na escala logarítmica, duas graduações cuja razão vale 10 estão a

distância constante.

A escala logarítmica deve ser usada quando os resultados cobrem uma elevada gama

de valores e que numa escala normal iriam ser extremamente complicados de analisar.

A escala normal deve ser usada sempre que o intervalo de valores é reduzido. Uma das

razões para escolhermos a escala logarítmica é a possibilidade de linearizar parábolas

e hipérboles.

Em suma, devemos sempre optar pela escala que torne mais clara a observação de

variações importantes na actividade.

0

50

100

150

200

250

300

350

316 93 90 85 75 72 41 29 26,1 14,8 13,9

Pe

sos

pa

rcia

is e

m g

ram

as

Diâmetro das partículas em microns

Histograma

Gráfico 4 – Histograma



Classificação do tipo de solo e as suas características

Tendo em conta que o crivo de maior calibre corresponde ao calibre da maior

partícula na amostra e tem o valor de 0,420mm, podemos concluir que a nossa

amostra não possui pedregulhos (ver tabela 1).

Para obtermos a % de areia, temos de considerar a massa relativa à amostra

retida em todos os crivos porque não existem pedregulhos e os finos (silte e

argila) ficam retidos no infracrivo:

m (areia) = 316g + 93g + 85g + 90g+ 72g + 75g = 731g

% m/m (areia) =

x 100 =

x 100 = 79,2%

.

Para obtermos a % de silte, teremos de calcular a amostra que ficou retida nos

ciclones. Para o ensaio ser rigoroso deveríamos ter usado um ciclone de 2

microns de calibre, para termos os intervalos usados na tabela 1 bem definidos.

Como tal não ocorreu, vamos supor que a percentagem de partículas com

diâmetro < 2 microns é praticamente inexistente e que toda a massa de

calibre inferior ao último ciclone corresponde a silte. Parece-nos mais

razoável desprezarmos um intervalo de 2 microns ( entre 0 e 2 microns) do que

um intervalo de 8,91 microns ( entre o calibre do último ciclone e 2 microns).

m (silte) = 13,90g + 29,0g + 41,0g + 26,1g + 14,8g + 67,2g = 192,0g

% m/m (silte) =

x 100 =

x 100 = 20,8%

Relativamente à argila (partículas com calibre inferior a 2 microns), é

importante salientar que muito provavelmente existia argila no nosso solo, no

entanto, não temos como calcular a quantidade presente na amostra. Contudo,

analisando o diagrama triangular concluí que a falta deste valor não vai

influenciar a nossa classificação do solo.



Através das percentagens de cada tipo de partícula presente na nossa amostra e

utilizando o diagrama triangular, concluímos que estamos na presença de um solo

franco arenoso (loamy sand).

Representação gráfica para a situação em que todo o material de calibre <10,91 microns é silte.

Representação gráfica para a situação em que todo o material de calibre <10,91 microns é argila.

Ilustração 2 - Diagrama triangular para classificação de solos

As partículas de areia são a percentagem predominante deste tipo de solo.

Quando é comprimido, as partículas agregam-se e mantêm a forma mas, através de uma força

externa mínima (por exemplo - pequenos sismos), separam-se muito facilmente. Este solo

drena a água muito facilmente por ser extremamente poroso mas não a consegue absorver,

sendo necessário uma rega frequente para permitir que as plantas cresçam. A prática da

agricultura neste tipo de solo requer que sejam adoptados processos de fertilização porque o

teor de matéria orgânica apresentado é extremamente reduzido.

Tendo em conta que este solo apresenta as características de solo leve (ver

introdução), é um solo com bastante probabilidade de ocorrência de movimentos de massa

devido à falta de agregação entre as partículas, baixíssima capacidade de retenção de água

e extrema susceptibilidade à erosão.



Conclusão

Caso fosse necessário o cálculo da percentagem de argila presente no solo, deveríamos

usar um ciclone com um calibre de 2 microns ou outro processo que permita obter essa

informação com rigor. A inexistência desta condição faz com que não hajam valores exactos

relativos à quantidade de silte e argila mas sim um intervalo de valores. Nem sempre é

necessário termos uma experiência extremamente rigorosa mas sim uma experiência que

apresente uma melhor relação entre tempo, custo e precisão do resultado. Apesar de não

termos valores em concreto relativamente à percentagem de silte e de argila, este facto não vai

alterar em nada a classificação e as características associadas ao solo, como visto na

Ilustração 1.

Penso ser importante salientar uma pequena fuga que ocorreu durante o processo de

elutriação, o que levou à perda de alguma amostra (erro aleatório). Existem também erros

sistemáticos associados à instrumentação usada, neste caso, os erros das duas balanças por nós

usadas: uma com um erro de 1g e outra com 0,05g.

No geral, consideramos esta experiência bastante interessante e com uma importância

elevadíssima para as nossas funções como futuros Engenheiros do Ambiente porque, por

exemplo, solos permeáveis como o desta experiência são mais propícios à ocorrência de

fenómenos de lixiviação, o que pode levar à contaminação das reservas de água subterrâneas.

Um estudo prévio do tipo de solo permitir-nos-á fazer uma escolha acertada sobre o tipo de

tratamento a adoptar.

Referências bibliográficas

http://homeguides.sfgate.com/characteristics-sandy-loam-soil-

50765.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Loam

http://sepor.com/new/Cyclosizer.pdf

http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Algodao/Alg

odaoIrrigado_2ed/solos.html

http://pt.wikipedia.org/wiki/Lixivia%C3%A7%C3%A3o

http://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrociclone

Manual de laboratório da disciplina

Documents

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