UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS
PROCESSAMENTO DE CERÂMICAS
RELATÓRIO
ANÁLISE GRANULOMÉTRICA POR ENSAIO DE
PENEIRAMENTO E ANÁLISE DE RESÍDUOS
Discentes: Torben Ulisses da Silva Carvalho 11123000107
Leonardo Vilarinho Antunes Junior 11123001707
MARABÁ-PA
2014
1. INTRODUÇÃO
A análise granulométrica consiste na determinação das dimensões das
partículas que constituem as amostras (presumivelmente representativas dos
sedimentos) e no tratamento estatístico dessa informação. Basicamente, o que
é necessário fazer, é determinar as dimensões das partículas individuais e
estudar a sua distribuição, quer pelo peso de cada classe dimensional
considerada, quer pelo seu volume, quer ainda pelo número de partículas
integradas em cada classe. Na realidade, estas três formas têm sido utilizadas
[1].
Trata-se de uma característica de extrema importância na determinação
das propriedades físicas de um solo com aplicações práticas, entre outros nos
seguintes campos: Estudos de drenagem; Estudos de erosão; Adsorção de
nutrientes e pesticidas. Propriedades tais como plasticidade das massas, a
permeabilidade e a resistência à verde dos materiais cerâmicos, são fatores
dependentes da granulometria, a qual também influi na proveniência
(designadamente sobre a disponibilidade de determinados tipos de partículas e
sobre as rochas que lhes deram origem), em várias etapas de produção
(transporte, compactação, sinterização, etc.) e na microestrutura do material.
Para quantificar as frações do solo, há necessidade de separá-las
previamente. Dependendo do tamanho, utiliza-se o peneiramento.
A análise granulométrica por peneiramento é o método mais antigo,
caracterizado por medidas diretas e utilizado em uma faixa de tamanhos de
100000 a 37 µm, e de grande aplicação em laboratórios. A superfície de
peneiramento das peneiras, malha, é constituída por aberturas quadradas ou
retangulares, formadas por fios trançados perpendicularmente. Todas as
peneiras utilizadas constituem uma série padronizada, cujas aberturas estão
relacionadas entre si por uma progressão geométrica, possibilitando a
comparação dos resultados da classificação [2].
No Brasil, segundo a ABNT NBR 6502/195, temos a seguinte
classificação dos solos de acordo com sua granulometria [3]:
Bloco de rocha – Fragmentos de rocha transportados ou não, com
diâmetro superior a 1,0 m;
Matação – fragmento de rocha transportado ou não, comumente
arredondado por intemperismo ou abrasão, com uma dimensão
compreendida entre 200 mm e 1,0 m;
Pedregulho – solos formados por minerais ou partículas de rocha, com
diâmetro compreendido entre 2,0 e 60,0 mm. Quando arredondados ou
semi-arredondados, são denominados cascalhos ou seixos. Divide-se
quanto ao diâmetro em: pedregulho fino – (2 a 6 mm), pedregulho médio
(6 a 20 mm) e pedregulho grosso (20 a 60 mm);
Areia – solo não coesivo e não plástico formado por minerais ou
partículas de rochas com diâmetros compreendidos entre 0,06 mm e 2,0
mm. As areias de acordo com o diâmetro classificam-se em: areia fina
(0,06 mm a 0,2 mm), areia média (0,2 mm a 0,6 mm) e areia grossa (0,6
mm a 2,0 mm);
Silte– solo que apresenta baixo ou nenhuma plasticidade, baixa
resistência quando seco ao ar. Suas propriedades dominantes são
devidas à parte constituída pela fração silte. É formado por partículas
com diâmetros compreendidos entre 0,002 mm e 0,06 mm;
Argila – solo de graduação fina constituída por partículas com dimensões
menores que 0,002 mm. Apresentam características marcantes de
plasticidade; quando suficientemente úmido, molda-se facilmente em
diferentes formas, quando seco, apresenta coesão suficiente para
construir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos.
Caracteriza-se pela sua plasticidade, textura e consistência em seu
estado e umidade naturais.
Contudo, a determinação da granulometria é uma etapa crítica em todos
os processos que de alguma maneira envolvam materiais na forma de pós. Caso
realizado incorretamente podem ser geradas perdas econômicas decorrentes de
produtos de baixa qualidade de altas taxas de rejeição.
Portanto, no decorrer deste trabalho estudaremos a classificação dos
grãos da amostra estudada (massa argilosa), fazendo o uso de peneiras para a
separação e análise granulométrica e fazendo a inspeção macrográfica
visualmente do material.
2. OBJETIVOS
Determinar a distribuição de tamanho de partículas de solos através de
histogramas e curvas de massa acumulada e determinar a porcentagem de
resíduos presentes nas amostras e discutir possíveis influências e nas etapas de
conformação, secagem ou queima.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização da prática foram utilizados os seguintes materiais e
equipamentos:
Amostra de solo argiloso (100 g);
Agitador mecânico de peneiras;
Peneiras (1,18mm, 1,0mm, 0,6mm, 0,42mm, 0,21mm, 0,15mm e
0,075mm);
Balança analítica;
Almofariz e pistilo;
Secador de cabelo.
Foi pego a argila seca em estufa à temperatura de 105° C a 110°C que
se encontrava previamente por 24 h, depois desfragmentou-se no almofariz
todos os torrões eventualmente ainda existentes, tomando cuidado para não
mascarar os resultados, mostrado pela Figura 01.
Figura 01 - Amostra desfragmentada no almofariz.
Fonte: Autores.
Após passar o material cominuído somente na peneira de 1,18 mm foi
pesado 100 g da amostra, utilizando a balança também para pesar as peneiras
individualmente, anotando-se os valores.
Utilizando o agitador de peneiras (Figura 02), colocou-se os 100 g de
material pesado anteriormente nas peneiras de 1,0, 0,6, 0,42, 0,21 e 0,075 mm,
organizadas de forma decrescente, foram afixadas para o bom andamento do
experimento e ligou-se o agitador por aproximadamente 45 segundos. Desta
forma, as massas retidas e acumuladas em cada peneira foram anotadas.
Figura 02 - Agitador de Peneiras.
Fonte: Autores.
Por fim, a massa retida na peneira de 1,18 mm foi submetida a uma
lavagem na peneira de 0,075 mm em água corrente para retirada da parte
argilosa e as partículas restantes sobre a malha foram secadas e analisadas
para caracterização de sua composição.
Para os cálculos do material passante nas peneiras foi utilizada a
Equação 01.
Qf = (Mh−Mi
Mh) × 100 (01)
𝑄𝑓 = porcentagem de material passado em cada peneira;
𝑀ℎ = massa do material submetido ao peneiramento fino;
𝑀𝑖 = massa do material retido acumulado em cada peneira.
Três parâmetros foram utilizados para dar suporte sobre a curva granulométrica:
Diâmetro efetivo (D10): É o ponto característico da curva granulométrica
para medir a finura do solo, que corresponde ao ponto de 10%, tal que 10%
das partículas do solo possuem diâmetros inferiores a ele.
Coeficiente de uniformidade (Cu): Dá uma ideia da distribuição do tamanho
das partículas do solo; valores próximos de um indicam curva granulométrica
quase vertical, com os diâmetros variando em um intervalo pequeno,
enquanto que, para valores maiores a curva granulométrica irá se abatendo
e aumentando o intervalo de variação dos diâmetros. Vide Equação 02.
Cu =D60
D10 (02)
A representação da curva granulométrica apresenta vantagens, pois os
solos com Cu, aproximadamente iguais, serão representados por curvas
paralelas. Os solos que apresentam Cu < 5 são denominados uniformes; e com
Cu > 15 desuniformes. Para valores de Cu entre 5 e 15 são denominados de
medianamente uniformes.
Coeficiente de curvatura (Cc): Dá uma medida da forma e da simetria da
curva granulométrica e é determinada pela Equação 03.
Cc =(D30)2
D60 .D10 (03)
Para um solo bem graduado, o valor do coeficiente de curvatura, deverá
estar entre 1 e 3. Portanto, a distribuição do tamanho de partículas é proporcional,
de forma que os espaços deixados pelas partículas maiores sejam ocupados
pelas menores. Para solos granulares há maior interesse no conhecimento do
tamanho das partículas, visto que, algumas de suas propriedades estão
relacionadas com os mesmos, o que não ocorre com os solos finos.
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
A partir dos cálculos realizados em cada peneira, foi construída a tabela
01, exibindo a relação do tamanho da malha das peneiras e suas frações
passantes e retidas.
Tabela 01 - Frações retidas e passantes nas peneiras.
Peneira
(mesh)
Diâmetro da
Partícula
(mm)
Massa
Retida (g)
Fração
Mássica
Retida (%)
Fração
Acumulada
Retida (%)
Fração
Mássica
Passante (%)
18 1,0 13 13 13 87
30 0,6 27,1 27,1 40,1 59,9
40 0,42 12,8 12,8 52,9 47,1
70 0,21 18,3 18,3 71,2 28,8
100 0,15 6,1 6,1 77,3 22,7
200 0,075 9,5 9,5 86,8 13,2
Coletor Coletor 13,3 13,3 100 0
Fonte: Autores.
Foi apontado que a peneira com malha de 30 mesh reteve maior
quantidade de massa que as demais, e a peneira com malha de 100 mesh foi a
que menos reteve. O coletor teve 13,3% da massa retida.
Utilizando dos dados da Tabela 01, foram construídos um histograma da
massa retida acumulada, visualizado na Figura 03, e a curva de distribuição
granulométrica (Figura 04) tendo o eixo das abcissas os valores de diâmetros
das partículas, em escala logarítmica, e nas ordenadas a fração mássica
passante acumulada, em escala aritmética.
Figura 03 - Histograma de fração retida e fração retida acumulada.
Fonte: Autores.
13
40,152,9
71,2 77,386,8
100
13
27,1
12,8
18,3
6,19,5
13,3
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
1,0 0,6 0,42 0,21 0,15 0,075 Coletor
Massa R
etida (
%)
Diâmetro da Partícula (mm)
Massa Retida Acumulada Massa Retida
Figura 04 - Curva de Análise Granulométrica.
Fonte: Autores.
Seguindo a norma ABNT NBR-NM248, foram divididas seções
demonstrando as granulometrias apresentadas no material estudado. Foi visto
pela curva de análise granulométrica que no D13 a partícula tem granulometria
característica de areia fina, entre 0,06 mm a 0,2 mm. No D30 a granulometria
apresentada consiste entre 0,2 mm e 0,6 mm (0,23 mm), característica de areia
média. Quando traçada uma linha relacionando o D60 ao diâmetro de partícula,
esta encontra com o início da granulometria característica de areia grossa (entre
0,6 mm a 2,0 mm).
Após lavar o material retido na peneira de abertura 1,18 mm, na peneira
de malha 0,075 mm, observou-se uma quantidade mínima de material orgânico
podendo perceber grãos translúcidos, característica de quartzo. Também pode-
se perceber pequenos cascalhos visualizados na Figura 05. O quartzo presente
na composição do material faz com que a resistência mecânica aumente, por
outro lado, os cascalhos e pedregulhos podem acarretar concentrações de
tensões no produto final. A maior parte consiste de areia de diversas
granulometrias, visto na Figura 06. Devido à abertura das peneiras ser
relativamente grande, há uma parte de argila que passou diretamente para o
coletor.
Figura 05 - Quartzo e cascalho na amostra lavada.
Fonte: Autores.
Figura 06: Amostra após a lavagem.
Fonte: Autores.
5. CONCLUSÕES
Essa prática deixou clara a importância de uma análise granulométrica para
o processamento de produtos cerâmicos, podendo quantificar e dimensionar
características dos grão provenientes na matéria-prima. As análises de
dimensões das partículas é importante pois permite deduzir indicações sobre a
proveniência, composição e propriedades do material. A amostra estudada, após
ser lavada, foi caracterizada com uma composição rica em areia e quartzo,
porém sem matéria orgânica.
Com isso, é passivo de aceitação que o ensaio granulométrico foi realizado
corretamente, cumprindo com os objetivos.
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] Dias, J. A.. A Análise Sedimentar e Conhecimentos dos Sistemas Marinhos.
Versão preliminar, 2004.
[2] Souza, G. G. Caracterização Mineralógica de Minério de Ferro. Universidade
Federal de Minas Gerais – UFMG, Belo Horizonte, 2010.
[3] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. Rochas e
solos: NBR 6502. Rio de Janeiro, 1995. 18 p.