2. Propriedades físicas dos sedimentos 2.1. Propriedades

Hidráulica Fluvial II − Propriedades físicas dos sedimentos

2. Propriedades físicas dos sedimentos

2.1. Propriedades dos grãos (partículas)

2.1.1. 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), ws, 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)

Processos Fluviais e Costeiros, 2002 II−1 Francisco Sancho


Classes de tamanhos: (divisão primária)

CLASSE GAMA DE DIÂMETROS

Calhau (cobles) D ≥ 64 mm

Seixo (gravel) 2 mm ≤ D < 64 mm

Areia (sand) 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

2.1.2. 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:

a) Esfericidade=3 , sendo Vp e Vs os volumes da

partícula e da esfera que a circunscreve,

respectivamente.

spV

V



b) factor de forma de Corey:

abcSf =

a = maior eixo ortogonal da partícula,

b = eixo médio ortogonal da partícula,

c = menor eixo ortogonal da partícula,

Ex.: areias de quartzo: SF≈0.7

2.1.3. Densidade

Varia com a composição mineralógica, afectando o

transporte de sedimentos por segregação (efeito de

encouraçamento, “armouring”)

Quartzo e feldspato: γγ= ≈ 2.65ss

2.1.4. Velocidade de queda ou de sedimentação

Em regime estacionário, a velocidade de queda, ws, é

denominada de velocidade terminal e a força resistente

(de arrastamento, que resulta do atrito) é equilibrada

pelo peso submerso.



Força de arrastamento (“drag”):

221

sDd wACF ρ=

CD = coeficiente de resistência, depende do No. de

Reynolds, ν=Re w sw D

Regime laminar (lei de Stokes): CD=24/Rew

A = área de projecção da partícula no plano normal à

trajectória. Para uma esfera: 42DA π=

ρ = massa volúmica do fluido

Peso de uma partícula (esférica) submersa:

( )ρρπ −= sgDW 361

ρs = massa volúmica da partícula

D = diâmetro da esfera

ρρρ

ρ

−==⇔= s

DDsD gD

CAC

WwFW 134

21



Camada limite

laminar Camada limite laminar

com separação turbulenta na zona de sombra da esfera

Camada limite turbulenta,

redução de CD

(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



Velocidade de queda em função de SF e de D


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, Dm



2.2. Propriedades das misturas granulométricas

2.2.1. 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, D50

− Diâmetro médio, 100

∑∆= ii

mD

D

Sendo ∆i a diferença percentual entre 2 valores

consecutivos e Di o valor médio dos D extremos que

delimitam o intervalo ∆i. (Ver exemplo)

− Coeficiente de graduação, σD

− Diâmetro em que n% do material é mais “fino”, Dn.

Exemplos: D35 (Einstein), D65., D85

− Diâmetro médio geométrico, Dg






Geralmente, as curvas de distribuição granulométrica

seguem uma distribuição “log-normal” (representadas por

rectas em gráficos em papel log-normal).




Permite definir:

− Diâmetro geométrico, Dg : 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, 1684DDg =D

− Coeficiente de graduação,

+=

16

50

50

8421

DD

DD

Dσ , é

aproximadamente igual ao desvio padrão da amostra.

2.2.2. Porosidade

Porosidade, υ: % de vazios num dado volume de

sedimentos secos.

Os sedimentos finos são em geral mais porosos que os

grosseiros. Finas: 44 < υ < 49%Médias: 41 < υ < 48%Grossas: 39 < υ < 41%

− Areias:



2.2.3. 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, θr, ou ângulo de talude natural.

Variação do ângulo de repouso com D de materiais uniformes



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