Ensaio de Sedimentação em Argilas

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS 
FACULDADE DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
CURSO DE ENGENHARIA DE MATERIAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
NOELE MALAQUIAS MARINHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
SEDIMENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARABÁ/PA 
2017 
 
 
NOELE MALAQUIAS MARINHO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SEDIMENTAÇÃO 
 
 
 
 
 
 
 
Pesquisa apresentada à Faculdade de 
Engenharia de Materiais da Universidade 
Federal do Sul e Sudeste do Pará, como forma 
de obtenção de nota parcial na disciplina de 
Processamento de Cerâmicas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
MARABÁ-PA 
2017 
 
 
 
LISTA DE ILUSTRAÇÕES 
 
Figura 1 – Curva de sedimentação da argila gorda ................................................................... 9 
Figura 2 – Curva de sedimentação da argila magra, com defloculante ................................... 10 
 
 
LISTA DE TABELAS 
 
Tabela 1 – Resultados do ensaio de sedimentação para argila gorda ........................................ 8 
Tabela 2 – Resultados do ensaio de sedimentação para argila magra ....................................... 8 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................... 5 
2. OBJETIVOS .................................................................................................... 6 
3. MATERIAIS .................................................................................................... 6 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL ....................................................... 7 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................. 7 
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS ....................................................................... 10 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 11 
 
5 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
O ensaio de granulometria é utilizado para determinar a distribuição 
granulométrica do solo, ou em outras palavras, a percentagem em peso que cada faixa 
especificada de tamanho de grãos representa na massa seca total utilizada para o ensaio. 
O ensaio de granulometria é dividido em duas partes distintas, utilizáveis de acordo com 
o tipo de solo e as finalidades do ensaio para cada caso particular. São elas: análise 
granulométrica por peneiramento e análise granulométrica por sedimentação. Os solos 
grossos (areias e pedregulhos), possuindo pouca ou nenhuma quantidade de finos, 
podem ter a sua curva granulométrica inteiramente determinada utilizando-se somente o 
peneiramento. Em solos possuindo quantidades de finos significativas, deve-se proceder 
ao ensaio de granulometria conjunta, que engloba as fases de peneiramento e 
sedimentação. Através dos resultados obtidos desse ensaio, é possível a construção da 
curva de distribuição granulométrica, que possui fundamental importância na 
caracterização do solo, principalmente no caso dos solos grossos (MEDEIROS, 2010). 
A determinação da granulometria do solo, no ensaio de sedimentação, é 
baseada na Lei de Stokes. Essa lei relaciona o tamanho da partícula com a velocidade 
com que ela sedimenta em um meio líquido. Dessa forma, quanto maior a partícula, 
mais rapidamente ela irá se depositar no fundo da proveta de ensaio. 
A separação de uma suspensão pela deposição dos sólidos por gravidade até a 
obtenção de um fluido límpido e uma lama com maior teor de sólidos é denominada de 
sedimentação. Quando há interesse na fase com alta concentração de partículas, utiliza-
se um sedimentador chamado de espessador, quando o interesse é na fase com baixa 
concentração de partículas, utiliza-se um clarificador. 
O ensaio de sedimentação é usado para a determinação da granulometria dos 
solos que possuem materiais finos, como no caso das argilas. Neste ensaio, a 
determinação da granulometria é baseada na lei de Stokes, a qual relaciona o tamanho 
da partícula com a sua velocidade de sedimentação em meio líquido, logo, quanto maior 
for a partícula, o seu depósito se torna mais rápido durante o ensaio. Baseando-se na lei 
de Stokes, pode-se dizer que as partículas sedimentam com diferentes velocidades, de 
acordo com o seu diâmetro, o qual é ensaiado através de três métodos: método da 
centrífuga, método do densímetro e método da pipeta de Andreasen, em que o diâmetro 
máximo é dado pela equação que segue abaixo. 
 
6 
 
d = √
1800 𝜂 
𝛿 – 𝛿𝑑
𝑥
𝑎
𝑡
 Eq.:1 
 
Onde: 
d – Diâmetro máximo das partículas, mm; 
η – Coeficiente de viscosidade do meio dispersor, à temperatura de ensaio, g.s/cm²; 
𝑎 – Altura de queda das partículas, com resolução de 0,1, cm; 
t – Tempo de sedimentação, s; 
𝛿 – Densidade específica dos grãos do solo, g/cm³; 
𝛿𝑑 – Densidade específica do meio dispersor, à temperatura de ensaio, g/cm³. 
 
2. OBJETIVOS 
 
 Observar a sedimentação de partículas em suspensão com e sem ação de 
defloculantes e calcular o diâmetro médio equivalente. 
 
3. MATERIAIS 
 
 70 g de Argila Gorda (Itapuã); 
 70 g de Argila Magra; 
 Defloculante de Hexametafosfato de Sódio; 
 Concentração de 45,7g do sal por 1.000 cm³ de solução; 
 Balança analítica; 
 Peneira de malha 1,18 mm; 
 Termômetro; 
 Béquer; 
 Dispersor; 
 Água destilada; 
 Proveta; 
 Bastão de vidro. 
 
 
7 
 
4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
Foram pesadas em balança analítica com precisão de 0,01 g, 70 g de argila 
gorda e magra, posteriormente foram passadas na peneira de malha 1,18 mm, este 
material foi transferido para um béquer, com auxilio de uma proveta foram adicionados 
hexametafosfato de sódio como defloculante, em uma concentração de 45,7 g do sal 
dissolvidos em 1000 cm
3
 de solução. 
O bécher foi agitado até que todo material ficasse emergido, e este ficou em 
repouso durante 12 horas. Em seguida foi adicionado água até que se atingisse um nível 
de 5 cm abaixo da borda. Depois dessa etapa adicionaram-se toda água destilada até 
atingir um traço de 1000 cm
3
, em seguida a proveta foi colocada em um banho com 
temperatura constante, assim, quando a proveta atingiu sua temperatura constante, sua 
boca foi fechada e movimentou-se energeticamente para cima e para baixo 
constantemente durante cerca um minuto. 
Logo após marcar-se 1 minuto, a proveta foi posta sobre uma mesa de 
observação e foram anotados valores de medidas de sedimentação gravitacional e de 
temperatura do banho durante uma determinada faixa de tempo de 4, 8, 15 e 30 minutos, 
1, 2, 4, 8 e 24 horas. Esse procedimento foi efetuado para as duas argilas. 
 
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES 
 
Após o ensaio de sedimentação foi possível obter os valores, de acordo com 
tempo (em segundos), da altura de queda das partículas, o diâmetro máximo das 
partículas. As tabelas abaixo apresentam esses valores. 
Para ambas as argilas foi utilizada a equação 1 para obter os resultados de 
diâmetro máximo das partículas.. 
Com os valores obtidos no ensaio foi calculado o diâmetro médio a partir da 
equação 1, e obtido os valores: 
 
 
 
 
8 
 
Tabela 1: Resultados do ensaio de sedimentação para argila gorda. 
Tempo (s) Altura (cm) d (mm) 
240 0 0,00000 
480 0 0,00000 
900 0,1 0,01024 
1800 0,2 0,01024 
3600 0,3 0,00887 
7200 0,5 0,00810 
14400 0,9 0,00077 
28800 1,2 0,00627 
86400 1,3 0,00377 
Média 0,00613 
Fonte: Autor.Tabela 2: Resultados do ensaio de sedimentação para argila magra. 
Tempo (s) Altura (cm) d (mm) 
240 0,1 0,01941 
 
480 0,1 0,01373 
900 0,1 0,01003 
1800 0,2 0,01003 
3600 0,5 0,01121 
7200 0,8 0,01003 
14400 1 0,00793 
28800 1,1 0,00588 
86400 1,3 0,00369 
Média 0,01021 
Fonte: Autor. 
 
Para o cálculo da área superficial específica, tanto da argila gorda como da 
argila magra, utilizou-se a equação 2, cujo 𝛿 é o valor da densidade real do solo a 28 ºC, 
encontrado no relatório de densidade real dos solos, e foi igual a 2,6252 g/cm³ para a 
argila gorda, e 2,6953 g/cm³ para a argila magra, e d é o diâmetro, sendo a média dos 
diâmetros máximos calculados para cada argila. 
9 
 
A área superficial específica da argila gorda foi igual a 3729,121 m
2
/g e da 
argila magra foi equivalente a 2179,554 m
2
/g, este resultado comprova que quanto 
maior o tamanho das partículas, menor é a área superficial específica do mesmo. 
 
𝐴 =
6
𝛿 𝑥 𝑑
 Eq.: 2 
 
Onde: 
A – área superficial da partícula, m2/g; 
δ – densidade específica real do solo, g/cm3; 
d – diâmetro da partícula, mm. 
 
Argila Gorda: 
𝐴 =
6
𝛿 𝑥 𝑑
 
𝐴 = 3729,121 m2/g. 
Argila Magra: 
𝐴 =
6
𝛿 𝑥 𝑑
 
A = 2179,554 m
2
/g. 
 
De posse das tabelas foi possível plotador gráficos que relacionam estes valores, e 
revelaram as curva de sedimentação (figuras 1e 2). 
 
Figura 1: Curva de sedimentação da argila gorda. 
 
Fonte: Autor. 
10 
 
Figura 2: Curva de sedimentação da argila magra, com defloculante. 
 
Fonte: Autor. 
 
As curvas de sedimentações apresentaram resultados similares ao decorrer do 
ensaio, visto que o defloculante utilizado auxiliou nesta sedimentação das partículas. 
Assim, fazendo uma análise gráfica comparativa entre as curvas é possível 
verificar que os resultados não diferem muito, no entanto, a sedimentação é mais lenta para 
argila magra, tendo em vista que nesta foi usado o defloculante, apresentou também uma 
melhor homogeneidade quando comparado com a argila gorda. 
 
6. CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 
A análise granulométrica de qualquer material particulado constitui em uma das 
fases de sua caracterização. A escolha do método de análise de tamanho destes baseia-se na 
faixa de tamanho das partículas ali presentes. Das inúmeras técnicas utilizadas destacam-se 
aquelas que se baseiam na velocidade terminal de sedimentação, como é o caso do béquer 
de sedimentação, pipeta de Andreasen e, mais recentemente, o sedigraph, que aplicam a lei 
de Stokes, que é válida somente para número de Reynolds menor que 0,2. Deve ser levado 
em consideração que essas técnicas devem ser aplicadas para materiais que possuem 
somente um constituinte, pois, no cálculo do tamanho das partículas, utiliza-se a densidade 
do material. 
De posse dos dados acima é possível afirmar que quanto menor o tamanho das 
partículas maior será sua área superficial. Portanto, no efeito de defloculante na 
sedimentação de partículas é possível observar que o defloculante teve uma influência 
11 
 
significativa no experimento. Mas ao comparar com o ensaio sem o uso de defloculante 
observa-se que há uma maior velocidade de queda das partículas quando o defloculante não 
é utilizado, o uso de defloculante deixa a partícula mais tempo em suspensão, mais 
homogênea, porém o tempo de sedimentação da partícula é menor quando comparado ao 
ensaio sem defloculante. 
 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
[1] MEDEIROS, Adriano. Roteiro de análise granulométrica. Universidade do Estado 
de Santa Catarina. Santa Catarina, 2010. 
[2] LIMA, R. M. F.; LUZ, J. M.; Análise granulométrica por técnicas que se baseiam 
na sedimentação gravitacional: Lei de Stokes. CETEM/MCT. Rio de Janeiro, 2013. 
[3] DIAS, J. A. A Análise Sedimentar e Conhecimentos dos Sistemas Marinhos. Versão 
preliminar, 2004. 
[4] ALBUQUERQUE, P. J. R.; HAJNAL, V. J.; Avaliação de um solo laterítico 
coluvionar de campinas/sp, por diferentes procedimentos de determinação de índices 
físicos. Campinas/SP: UNICAMP, 198p. 
[5] SOUZA, A, M, S., ANDRADE, A. S. V., SANTOS, M. G. O. B., TRINDADE, M. E. J. 
Sedimentação. IFBA – Instituto federal da Bahia. Salvador, Bahia, 2013.