SysGran: Software para Análise Granulométrica de Sedimentos

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RevistaBrasileiradeGeociências Maurício Garcia de Camargo 36(2):371-378,junhode2006
NOTA BREVE
SYSGRAN: UM SISTEMA DE CÓDIGO ABERTO PARA ANÁLISES
GRANULO MÉTRICAS DO SEDIMENTO
MAURÍCIO GARCIA DE CAMARGOl
Resumo SysGranéumsoftwareparaaanálisegranulométricadesedimentos,contandocomumaricasaídagráfica.O software
éagoraédisponibilizadosobalicençaGNU,oquesignificaque,alémdecompletamentegratuito,podeserlivrementemodificado
eaperfeiçoado.O softwarefoidesenhadoparamaximizaravelocidadedasanálises,sendocapazdeanalisarcentenasdeamos-
trasempoucossegundosedegerarrapidamenteumavastagamadegráficos.Osresultadosdasanálisescompreendemtodasas
estatísticasdosedimentopordiversosmétodosgráficoscomoFolk& Wardouamedidadosmomentos(média,mediana,seleção,
assimetria,curtose),asfraçõesgranulométricas(percentualdecascalho,areia,silteeargila),classificaçãoverbal,osprincipais
percentíseosdadosparaplotagemdacurvaacumuladaemoutrosprogramasgráficos.
Palavras-chave:software,códigolivre,sedimento,granulometria.
Abstract SYSGRAN:AN OPEN SOURCE SYSTEM FOR GRAIN SIZE ANALYSIS OF SEDlMENT. SysGranis aneasy-to-use
specificsoftwarefor granulometricanalysisof sediments,which includesa rich graphicaloutput.The softwareis now available
underGNU license,meaningthatit is freefor anyuseandcanbefreelymodifiedandimproved.The softwarehasbeendesigned
tomaximizespeedof analysisandis abletoanalyzehundredsof samplesin afew seconds,togetherwithmanytypesof graphics.
The resultsof statisticalanalysisof thesedimentincludesFolk & Wardgraphicalmethods(amongothers)aswell asmethodsof
moments(mean,median,sorting,skewness,curtosis),grainsizefractions(gravei,sand,silt andclaypercentages),verbalclassifi-
cation,mainpercentileunitsanddatafor cumulativefrequencycurveplotusingothergraphicalsoftwares.
Keywords:software,opensource,sediments,grainsize.
INTRODUÇÃO A principalpropriedadedeum sedimento
é o tamanhodassuaspartículas,queafetaascondiçõesdepo-
sicionaise detransporte,podendoserutilizadocomoumafer-
ramentabásicadecaracterizaçãodesoloscomo propósitode
interpretarosambientesdesedimentação(Folk & Ward,1957;
Friedman,1979;Sugita& Maruno,2001).Mais especificamen-
te,a análisedo tamanhodo grãoé aplicadaparacorrelacionar
amostrasprovenientesdediferentesunidadesestratigráficas,de-
terminaro agentedetransporteedeposição(vento,rio,corrente
deturbidez,etc)edeterminarprocessosdedeposiçãofinalpara
caracterizaro ambientede sedimentação(Carver,1971). Um
simplesmapadapercentagemdeareianosedimentopoderiain-
dicaraexistênciadealgumgradienterelacionadoaumpossível
padrãodedistribuiçãodotipodesedimento.
Existemdiversastécnicasparadeterminaçãodo tamanho
do grão,comomediçãodireta,peneiramentosecae úmida,se-
dimentação,granulometriaa laser,raio-X e CoulterCounter
(McManus,1988),cadaumamaisapropriadaparadeterminadas
faixasdetamanhodegrão.Todososmétodosenvolvema divi-
sãodasamostrasdesedimentoemumnúmeromenordefrações
detamanho,possibilitandoaconstruçãodeumadistribuiçãode
freqüênciadetamanhobaseadanopesoouvolumepercentualde
cadacategoria(Pye& Blott,2004).O númeroeoslimitesdestas
categoriasvariamdeacordocomo métododaanálise:peneira-
çãoresultaempoucascategorias(peneiras)enquantoagranulo-
metriaa laserpossibilitaaaplicaçãodecentenasdecategorias.
Um tratamentomatemáticodosdadosdedistribuiçãodeta-
manhodo grãosetomaentãonecessárioparaa caracterização
dasamostras.Existembasicamentetrêstiposdemanipulações
matemáticaspossíveisparaosdados:a) interpretaçãovisualda
distribuição,.atravésdehistogramas,curvasde distribuiçãode
freqüênciasé outrasinterpolações;b) cálculodosparâmetros
estatísticos(média,desviopadrão,assimetriaecurtose)apartir
dosdadosoriginaisdepercentagens(métododosmomentos);
e c) cálculodosparâmetrosestatísticosapartirdeinterceptos
tiradosvisualmenteapartirdosgráficosoupormétodosdein-
terpolação-regressão(métodosgráficos).AtravésdoSysGran,
a completacaracterizaçãodasamostrasé possívelatravésde
todosestesmétodos(ealgunsoutros),deumamaneiramuito
rápidaeprecisa.
CARACTERÍSTICAS DO SOFTWARE.Nome:SysGranparaWindows;.Desenvolvimentoiniciadopor:MaurícioGarciadeCamargo;.Ano deiníciododesenvolvimento:1999;.Licençaatual(apartirde2006):GNU;.Disponibilidade:www.cem.ufpr.br/sysgran;.Custo:Nenhum;.Limitedeamostras:16.384.Limite de classes:256 (permiteanálisede granulometriaa
laser).Arquivodeinstalaçãobinária:sysgran.zip(4,3Mb); .
. Arquivodocódigofonte:SysGran3- Source.zip(107Kb);.Hardwaremínimo:Intelx86comnomínimo128MB deme-
móriaRAM;.Plataformastestadas:Windows98,ME, 2000,XP.
. Linguagemdeprogramação:Delphi5.
ARQUITETURA DO SYSGRAN
Asplanilhas AsplanilhasdoSysGransãobastanteparecidas
comaquelasdoExcel(*.xls).Defato,asplanilhassãosalvasno
formatodoExcel.O SysGranécapazdeleregravardiretamen-
teplanilhasdoExcelversões4.0e5.0.Infelizmente,aindanão
hásuporteparaasplanilhasmaismodernasdoExcel,apartir
1- CentrodeEstudosdoMar - UniversidadeFederaldoParaná- Av. Beira-marSIN. CaixaPostal50.002,PontaldoParaná- PR. CEP: 83.255-000- www.cem.ufjJr.
br email:mauricio.camargo@ufjJr.br
Arquivo digitaldisponivelon-lineno si/ewww.sbgeo.org.br 371
SysGran: um sistema de código aberto para análises granulométricas do sedimento
~ -
Tabela1.ArranjodaplanilhadeentradadedadosnoSysGran(exemplo),comasclassesdetamanhodegrão«p)nascolunase
asamostrasidentificadasindividualmentenaslinhas.
daversão7.0.Quempossuiumadestasversõesdevesalvaras
planilhascomoExcelversão4.0paraevitarpossíveisproblemas
decompatibilidade.
As planilhasdeentradadedadosdevemserarranjadasde
acordocomatabela1.
o SysGranreconheceofimdaseqüênciadeamostraseclas-
sesdetamanhoapartirdaprimeiracélulaembranco.Portanto,
nenhumalinhaoucolunaembrancodentroblocoaseranalisa-
dodevepermanecervazia.
Na primeiralinhaentra-secomasclassesde <p(Phi) e na
primeiracolunacomaidentificaçãoúnicadasamostras.O Sys-
Grandáênfaseàvelocidadedeprocessamentodemuitasamos-
traseà facilidadedeuso,eparaissonãosepropõea funcionar
comoumaunidadearmazenadoradedados.A identificaçãoúni-
cadaamostra(até12caracteres)deveserestabelecidaapriori,
e estaseráaúnicareferênciadaamostraparao programa.
O SysGranpermiteo usodeclassespadrão,quepodemser
digitadase gravadasparaposteriorutilizaçãoemoutrasplani-
lhas(menuPlanilhas>Adicionar/Capturarclassespadrãoàpri-
meiralinha).
Operaçõespadrãocomplanilhasestãodisponíveisa partir
domenuprincipal.
As análises As análisesestatísticasdosedimentoforamba-
seadasemSuguio(1973)eTanner(1995).Cincométodosgrá-
ficosdeanáliseestãodisponíveis:Folk& Ward,McCammon
(a),McCammon(b),Trask,Otto& Inman,eumnão gráfico
(algébrico),asMedidasdosMomentos,sendopadrãooprimei-
ro(figura1).
A primeiradecisãoa serfeitanaopçãodeanáliseé entre
dadosbrutoseestatísticadosedimento.Dadosbrutosdacur-
vaacumuladaresultamemumaplanilhacomvaloresparacada
classedephidospesosproporcionais,daspercentagensedas
percentagensacumuladasdecadaamostra,quepodemserex-
portadosparaoutrosprogramaseutilizadoscomofontededa-
dosparagráficosdenaturezavariada.A análiseestatísticado
sedimento(figura3)podeconterapenasvaloresdamédia,sele-
ção,mediana,curtose,assimetria,%deareia,%deargilae%de
silte,ouincluiropcionalmenteclassificaçõesverbaisepercentis
(de03%até97%).
Todososmétodoseprocedimentosanalíticossãodetalhados
natabela2,quefoibaseadaemSuguio(1973).Nestasinfor-
maçõestécnicas,incluíram-seas"taxasdeeficiência"decada
métodoparaamédiaeseleção,quesãoarazãodeacertoem
relaçãoàmédiaedesviopadrãoreais.
Osvaloresdamédiadotamanhodogrãosãousadospara
categorizarossedimentosatravésdemétodospropostospordi-
versosautores(tabela3).A escalamaisantigaéadeWentworth
(1922)etõdasasdemaissãoadaptaçõesdesta,.Adota-seaquia
escaladeWentworthstritusensucomamodificaçãosemântica
donomeultra-argilaparaargila.Oslimitessãodadosemvalo-
resdephi(<P),obtidospelafórmulaabaixoapartirdevalores
emmilímetros:
372
(phi)( ljJ)(fi) =-log2d(mm) (18)
Osgráficos O SysGranpossuiumacapacidadegráficabas-
tanterazoável(figura2),comgráficosunivariados(histogramas)quepodemseranalisadosseqüencialmente(paraanálisemodal),
bivariadosentreparesdeparâmetrosestatísticos,emultivaria-
dos,comoodefreqüênciaacumuladaoudeprobabilidades,que
aceitamno máximo10amostrasplotadasconjuntamente,ou
aindaosdiagramastriangularesdeShepardePejrup(figura4).
O diagramatriangulardePejrupconstituiumamaneiradese
avaliarascondiçõeshidrodinâmicasdoslocaisondeasamostras
foramtomadas(Pejrup,1988).
O limitedeamostrasparaosdiagramastriangulareséomes-
modonúmeromáximodeamostras(16.384),masmuitasamos-
trasplotadassimultaneamentepodemgerarumgráficoconfuso.
De fato,umdiagramacomcentenasdeamostrasplotadasnão
apresentanenhumautilidade.Osalgoritmosparaseconstruiros
diagramassãopesadoseparamuitasamostrasavisualização
podelevarumtempoconsiderável.Osplotsnosdiagramassão
mostradosemazul,deacordocomumasimbologiaespecial.
Triângulosrepresentama quantidadedegrânulosnaamostra,
queéaquartavariável.Quandoestaquantidadeémuitopeque-
na« 3%),otriângulotambémépequenoenãoaparece,sendo
substituídoporumcírculo.
TodososgráficospodemsersalvoemformatoBMP, WMF
eEMF, impressooucopiadosparao Clipboarde transferidos
paraoutrosprogramas.
DISCUSSÃO O SysGranfoiprojetoparamaximizarave-
locidadedeanálisedasamostras.Apósaentradadosdados,o
programaécapazdeanalisarcentenasdeamostrasempoucos
segundos.AntigosprogramasparaMS-DOS(GranuloeAngra)
nãodispunhamdeentradadedadosmassivanempossuíama
capacidadedeanáliseseqüencial,o quetomavamuitomoroso
oprocessocommuitasamostras.ProgramasbaseadosemVBA
(MicrosoftVisualBasicforApplications)integradosaoExcel
(GradistateGranplott)analisamsequencialmenteasamostras,
massãoreconhecidamentelentos;oprogramaGradistat,segun-
doosautores(Blott& Pye,2001),podecalcularaproximada-
mente50amostrasporhora.Mesmocomumasaídadedados
queincluialgunsgráficos(equeportantoatrasamoresultado),o
SysGranéalgumascentenasdevezesmaisrápido.Quantoàve-
locidadedeanálise,oSysGranseigualaaprodutoscomerciais,
comoANASEDeWinSieve.
MesmocomtodasasfacilidadesintroduzidaspeloSysGran,
cabeaousuáriointerpretarosresultadosdemaneiraapropriada
paraahipótesedotrabalho.Paraisso,algumasprecauçõesde-
vemsertomadas.Omodeloestatísticonoqualtodososparâme-
trossãoestimadosébaseadonadistribuiçãonormale,portanto,
amostrascomgrandesdesviosdestadistribuiçãonãopodemser
corretamenteinterpretadas.Oexemplotípicosãoamostrascom
maisdeumamoda(multimodais),quenãopermitemacorreta
RevistaBrasileirade Geociências,volume36 (2),2006
-1,0 -0,5 O 0,5 1,0 1,5
Amostra1 O O 0,76 0,90 1,65 15,87
Amostra2 O 0,84 1,50 2,80 6,76 22,54
Amostra3 O 1,23 2,10 5,32 12,87 18,65
Amostra4 O 0,23 4,76 8,65 16,43 12,45
Maurício García de Camargo
Tabela2- FórmulasestatísticasdisponíveisnoSysGranutilizadaspara calculara)graficamenteeb)numericamente(medidasdos
momentos)osparâmetros estatísticosdos sedimentos,com suas respectivasclassificações verbais.
Revista Brasileira de Geociências, volume 36 (2), 2006 373
(a) Métodosgráficos
Método
Média(M",) Eficiência1
Folk & Ward
<P16+ <P50+ <P84
(2) 88%(1967) M-'"- 3
McCammon a
cJ>lO+ cJ>30+ cJ>50+ <P7o+ <P90
(3) 93%(1962) M<p=
5
McCammon b
<P5+ <P15+ <P25+ ... + cJ>85+ cJ>95
(4) 97%(1962) M<p=
10
Trask (1930)
MtjJ = cJ>50 (5) 64%
Qtto (1939)e M- <P16+ <P84 (6) 74%
Inman (1952) tjJ- 2
Método
Seleção(a",) Eficiência2
Folk & Ward
= <p84-<p16+<p95-cJ>5(7) 79%(1967)
atjJ 4 6,6
McCammona
= cJ>85+<P9S- <Ps - <P15(8) 79%(1962)
atjJ 5.4
McCammonb
- cJ>70+<P80+<P9o+<P9797- cJ>3 - <PlO - <P20 - <P3o(9) 87%(1962)
atjJ - 91,
Trask (1930) a =<P75 - cJ>25 (10) 37%
'" 135,
Qtto (1939)e
a =cJ>84<P16(11) 54%
Inman (1952) '" 2
cJ>16+ <P84- 2 * cJ>so cJ>5+ cJ>95- 2*<Pso(12)Assimetria a - +
'" - 2 * «P84- cJ>16) 2 * (cJ>95- <P5)
K = cJ>9S- <P5 (13)Curtose
'" 2,44* «P75- <P25)
Classificaçãoverbal
Seleção(a tjJ) Assimetria(a",) Curtose(K",)
Muitobem <0,35 Muitonegativa-11-0,3 Muito <0,67
selecionado platicúrtica
SysGran: um sistema de código aberto para análises granulométricas do sedimento
(b)Métododosmomentos3
Onde:
f =percentagemdopesodecadafreqüênciaparacadatamanhodegrão;
m =medianadecadagraduaçãodetamanhodegrãoemphi(4>)
Pobremente
selecionado
Muito
pobremente
selecionado
Extremamente
malselecionado, ,
1EficiênciatestadaporMacCammon(1962)
2 EficiênciatestadaporFo1k& Ward(1966)
3 ExtraídodeTanner(1995)
Seleção(a q;)
Muitobem '
selecionado
Bemselecionado
Moderadamente
selecionado
<'
374
Classificaçãoverbal
<0,35
Assimetria(aq;)
,
MuitonegativaI <-13,
Curtose( Kq;)
Muito ~70laticúrtica
o 35/05 Negativa, ,
0,5/1,0 Aproximada-
mente
simétrica
1,0/2,0IPositiva
2,0/4,0Muitopositiva
>4
RevistaBrasileirade Geociências,volume36 (2),2006
Tabela2- continuação
Bemselecionado0,35/0,5Negativa -o3/-01 Platicúrtica 0,67/0,9, ,
Moderadamente0,5/1,0 Aproximada-
selecionado mente
I -0,1/0,1I MesocúrticaI 0,9/1,11
simétrica
Pobremente 1,0/2,0 Positiva
I 0,1/0,3 I LeptocúrticaI 1,11/1,5selecionado
Muito 2,0/4,0 Muitopositiva Muito
pobremente 0,3/1,0 LeptocúrticaI
1,5/3
selecionado
Extremamente >4 Extremament>3
malselecionado leptocúrtica
Média Seleção Assimetria Curtose
- a= If(m.p-x.p)2 sk = f(m.p- X.p)3 K = I/(m.p -X.p)4X = 4> .p 100 .p 100a/ .p 1OOa./
4> 100
(14) (15) (16) (17)
-13/-
I PlaticúrticaI 1,7/2,55,
0,43
043/0431Mesocúrtica /3,7, ,
0,43/1,3Leptocúrtica3,7/7,4-
>1,3
Muito
I 7,4/15
I Leptocúrtica
ExtreaI?ente I >15
leptocurtlca
Maurício Garcia de Camargo
Tabela3. Comparaçãodediferentesescalasdetamanhoadotadaspor diferentesautores.OprogramaSysGranutilizaumaescala
ligeiramenteadaptada(vejao texto)de Wentworth(1922),obtidadeSuguio(1973).Esta escalaé umadasmaisadotadaspor
laboratóriosbrasileiros.
interpretaçãodosresultados.Por isso,aanálisepréviadadistri-
buiçãodeueqüênciadasamostrasérecomendável,atravésdos
gráficoshistogramaedeoutrastécnicasgráficasdisponíveisno
SysGran.
A flexibilidadedo SysGranpodeserexploradaparacompa-
raçõesdemétodos.É comumnaliteratura,porexemplo,compa-
raçõesentremétodosgráficose medidasdosmomentos(Folk,
1966;Davis& Ehrlich,1970;Jaquet& Vemet,1976;Swanet
a!.,1978),mostrandoasvantagensedesvantagensdecadaum.
Cadamétododáumaênfasediferenteparadiferentespartesda
distribuiçãodotamanhodogrão.Ométodográficodámaispeso
naporçãocentraldacurvadefreqüênciaemenosnascaudas.O
limiteinferioresuperioreinferiordospercentísutilizadossitua-
seentre16%e84%paraFolk& Ward(1967)e5%e95%para
Revista Brasileira de Geociências, volume36 (2), 2006 375
TamanhodoGrão Classificaçãoverbal
fi(phi)(IJ»=-log2d(mm) mm/m Wentworth Friedman& Blott& Pye
(1922) Sanders(1978) (Q()l)
<-11
>2048 Matacãomuito
mm grande
-107-11
1024720
Matacãogrande
Calhaumuito
48 grandeMatacão
-97-10 5127102 Matacãomédio Calhaugrande4
-87-9 2567512
Matacão Calhaumédio
pequeno
-77-8 1287256 Calhaugrande Calhaupequeno
-67-7 647128
Bloco
Calhaupequeno
Calhaumuito
pequeno
-57:-6 32764
Seixomuito Granulomuito
grosso grosso
-47-5 16732 Seixo Seixogrosso Granulogrosso
-37-4 8716 Seixomédio Granulomédio
-27-3 478 Seixofino Granulofino
-17-2 274 Granulo
Seixomuito Granulomuito
fino fino
07-1 172 Areiamuito
Areiamuito Areiamuito
grossa grossa grossa
170
500m71
Areiagrossa Areiagrossa Areiagrossamm
271 2507500 Areiamédia Areiamédia Areiamédia
372 1257250 Areiafina Areiafina Areiafina
473 637125 Areiamuitofina
Areiamuito Areiamuitofinafina
574 31763 Siltegrosso
Siltemuito Siltemuito
grosso grosso
675 16731 Siltemédio Siltegrosso Siltegrosso
776 8716 Siltefino Siltemédio Siltemédio
877 478 Siltemuitofmo Siltefino Siltefino
978 274 Argilagrossa Siltemuitofino Siltemuitofino
>9 <2 Ultra-argila Argila Argila
SysGran: um sistema de código aberto para análises granulométricas do sedimento
Figura 1.ExemplodeteladoSysGran:opçõesdeanálisesestatísticasedadosbrutos.
Figura 2.ExemplodeteladoSysGran:opçõesdegráficos.376 RevistaBrasileirade Geociências,volume36 (2),2006
,..,
...
Maurício Garcia de Camargo
Figura 3. Exemplo de tela do SysGran: telas deplanilhas de saída de resultados..
10
A
.11
sO%
Figura 4. Exemplo de tela do SysGran: telas de saídas de gráficos
Revista Brasileira de Geociências, volume 36 (2), 2006 37~
SysGran: um sistema de código aberto para análises granulométricas do sedimento
.w , ~
MacCammon(l962b)eossedimentosforadestafaixasãoig-
norados.O métododasmedidasdosmomentosémaisacurado
poisempregaapopulaçãointeira,masapresentaadesvantagem
desermuitosensívelavaloresextremos("outliers")(Friedman
& Johnson,1982)edeveriaseraplicadosomentequandoadis-
tribuiçãodetamanhosdegrãoformuitobemconhecida(Mc-
Manus,1988).
O CÓDIGO FONTE O códigodoprogramaémoduladoe
compartimentadoemunidades<;letexto(Units)quequasesem-
preestãoassociadasaumajanelaondeainteraçãocomousuário
acontece.TrêsdestasUnitscontêmtodoocódigoimportantedo
programa:PlaniUni.pas,Unit1.paseGrafUni.pas.O programa
é compiladoemDelphi5 tendocomopré-requisitosapenaso
pacotegratuitodecomponentesRX Lib (atualmentepartedo
projetodecódigoabertoJED1decomponentesDelphi- www.
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sourceforge.jedi.org).
AgradecimentosEstetrabalhofoifrutodeumabolsadedou-
toradoemzoologianaUniversidadeFederaldoParaná,reali-
zadonoCentrodeEstudosdoMaremPontaldoSul.Todoo
códigodoprogramaé deminhaautoria,tendosidoauxiliado
portestersenaartefinal.AgradeçodofundodocoraçãoaoAn-
dersonA. Pelandapelolayout,pelostestes(beta,alfaegama)e
pelosinúmeroscomentários;aoKassioRiospeloBMP datela
inicial,íconedoprograma,configuraçãooriginaldoprograma
deinstalaçãoetestes(gama);aovizinhoCarlosR. Soarespela
assessoriaparasedimentologia,sugestõesoriginaisdeanálises,
intermediaçãodecontatos;aoCarlosAlbertoBorzonepelade-
tecçãodebugsnaclassificaçãoverbaldométododasmedidas
dosmomentos;àParanaguáPilotspeloauxíliofinanceiroaola-
boratóriodemodelagemecológica;eàEunicepelapaciência.
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ManuscritoÁ-1640
Revisãoaceitaem26dejunhode2006