09_12_28_392_Analiza_granulometrica

8/13/2019 09_12_28_392_Analiza_granulometrica

1/14

Sedimentologie si sisteme depozitionaleLect. Dr. Relu D. Roban

1 Analiza granulometrica

Analiza granulometric

Granulometria dimensiunea particulelor reprezint un criteriu important deanaliz a sedimentelor i rocilor sedimentare. Analiza granulometric are ca rezul tatevidenierea de clase i obinerea de informaii necesare calculrii parametrilor

granulometrici.Categoriile granulometrice fundamentale cu care se opereaz n domeniul sedimentar

sunt: rudit, arenit, silt i lutit.

1. Metode de analiz granulometric

Metodele se casific n principal n funcie de intervalul dimensional: fraciuni grosiere (rudite, arenite);

material cimentat (seciuni subiri); material necimentat (sitare, macrosedimentare i msurtori directe ale

galeior); fraciuni fine (silturi, lutite);

separarea direct a fraciilor: decantare, centrifugare; determinare indirect a dimensiunilor (microsedimentare): pipetare,

balana desedimentare, densimetrie, metode optice.n ultima perioad se folosesc medodele de analiza LASER pentru intervalul arenit -

lutit.

2. Algoritmul analizei prin sitarePentru intervalul rudit fin - lutit, metodele clasice sunt cele ale sitrii, pentru

intervalul rudit fin- arenit fin ipipetriipentru intervalul silt-lutit.Mai nti probele sunt spalte i dezagregate prin triturare. Dac probele sunt

cimentate, atunci de folosesc soluii pentru dizolvarea cimenturilor.Dacliatul este de tipulmateriei organice, atunci probele sunt tratate cu apa oxigenat. n cazul n care proba conineo cantitate important de material lutitic (argilos) atunci se vor face tratamente cxhimice

pentru dispersare.Urmeaz operatiunile de sitare. Ochiurile sitelor respect scara granulometric

standard. Cantitile rmase pe sitsunt cntarite. Materialul fin siltic i lutitic rmas pe tavacolectoare este n continuare analizat prin metodapipetrii.

2.1 Prepararea probelor2.1.1 Dezagregare, decimentare

Dacprobele sunt consolidate, mai nti se vor dezagrega prin metode fizice cum ar finmuierea, triturarea, nclzirea i rcirea alternativ sau dezagregarea n camera de presiune.

Dacprobele sunt cimentate atunci se folosesc n funcie de mineralogia cimentului diversesoluii n scopul dizolvarii acestuia (Tabel 1).

Tabel 1 Substane chimice utilizate pentru decimentareTip de ciment Substan chimic Observaii

Calcitic HCl diluat Reacie la caldFeruginos HCl 50% Reacie la caldSilicios KOH concentrat Reacie la caldPirit NO3H Reacie la caldBituminos Solveni organici Reacie la rece


2/14



2.1.2 Dispersien cazul unor probe cu mult material lutitic, particulele constituente, dac sunt

analizate prin sedimentare se depun n mod individual sau sub form de agregate, datoritprocesului de coagulare (floculare). Procesul de coagulare se produce datorit caracteruluielectro-negativ a particulelor argiloase. nconjurarea cu particule pozitive conduce la

formarea agregatelor, lucru nedorit n analiza granulometric. Dispersarea se face prinmetode fizice sau chimice. Metodele fizice de dispersie sunt nmuierea n ap, triturarea nap, agitare n ap i fierberea n ap distilat.Procedeele chimice sunt atacul cu acizi i baze

precum i utilizarea substanelor dispersante pentru a distruge nveliul ionic al particulelorfine (tabel 2). Concentraia dispersantului (substanei peptizante) are o importan deosebitdeoarece n cantiti mari poate avea efecte inverse.Tabel 2 Tipurile de substane pentru dispersie i concentraiile utilizate, din Jipa 1987.Substana peptizant Concentraia Observaii

Hidroxid de amoniu concentrat Cteva picturi la litru desuspensie

N/100 (Oden)

Recomandat pentru soluiilelipsite de carbonai

Carbonat de sodiu 0,02 N -

Oxalat de sodiu 0,01N (0,005N) Puternic aciune dispersantPolifosfat de sodiu 0,002 N Pentru dispersarea caolinuluiMetasilicat de sodiu 40 g/l ap Pentru sedimente gipsifereHidroxid de litiu 4-8 cc/10 ml sol Pentru soluriHexametafosfat de sodiu (Calgon) 40gr/l ap distilat Pentru sedimente marine actuale

2.2 SitareAparatura necesar sitrii const dintr-un set de site i vibrator. Seturile de site difer

n funcie de scop i productor. Exist site clasice cu ochiuri ptrate i microsite de precizie.Diametrul interior variaz de la 8 la 20 cm. Ochiurile sitelor ceconstituie setul au dimensiunice se succed conform unei anumite scri granulometrice. Setul include un capac la partea

superioar i un vas receptor n baz. Trecerea materialului prin coloana de site esteargumentat prin agitarea coloanei cu un vibrator. Factorii care influeneaz sitarea sunttimpul, sarcina sitelor, numrul sitelor precum i forma ochiurilor. Timpul necesar este de 10-15 minute iar sarcina de 25-125 g. Numrul sitelor depinde de domeniul de granulaie i scop(ex. STAS industrial). n Romnia se folosesc seturi alctuite din site ale cror ochiuri difercu 1/4 sau 1/3 . n laboratorul de sedimentologie la Universitii din Bucureti exist unset de site ce respect scara Udden-Wentworth, tabel 3.

Dup efectuarea operaiilor de dezagregare i dispersare se trece la separareaarenitului si eventual ruditului fin de silt i lutit. Granulometria materialului fin se face prinalte metode (ex. pipetare, decantare, analiza laser). Prin sitare uscat se parcurg urmtoareleetape.

1) Transferul arenitului ntr-un alt vas. Antrenarea nisipului pe sita de 63 m se facecu ajutorul unei baghete;

2) Uscarea materialului nisipos n etuv;3) Cntrirea nisipului uscat cu precizie de miimi de gram;4) Examinarea nisipului la lupa binocular pentru verificarea eficacitii dezagregrii

i dispersrii;5) Selecionarea sitelor cevor fi utilizate i ansamblarea lor ntr-o coloan;6) Aezarea setului de site pe vibrator i transferarea nisipului omogenizat pe sita

superioar a setului;7) Punerea n funcie a vibratorului pe durata de timp stabilit;8) Transferarea materialului reinut pefiecare sit n cte un pahar;9) Cntrirea paharelor i a a coninutului.


3/14



Urmeaz testarea i curirea sitelor prin observare la microscop a ochiurior sausitarea unor probe standard. Decolmatarea se face prin splare sub jet de ap cu spun,fierbere nbaia de acid acetic (5%) sau bi ultrasonice.

3. Scri granulometrice

Scara granulometrica cel mai des folosit este Udden-Wentworth (Tabel 3)Tabel 3 Scara granulometrica Udden-Wentworth

Dimensiunea clastelor Denumirea categoriilor granulometrice

rom. engl. (Shepard)mm phi-log2d(mm)

>2566442


4/14



Fig. 1 Exemple de reprezentri grafice: A histograme i curba frecvenelor simple; B) curbe cumulative pe scaraaritmetic; C) curba frecvenelor cumulatepe scara probabilitiidin Cheel (2006)

5. Calculul parametrilor granulometriciPrincipalii parametri granulometrici sunt modul, indicele de clasticitate, media,

mediana, deviaia standard, asimetria i ascuimea. Se citesc direct sau se calculeaz cuajutorul percentilelor pe curbele frecvenelor simple sau cumulate.

Modul (Mo)reprezint dimensiunea particulelor corespunzatoare celui mai nalt punctal poligonului de frecvene (frecvena maxim), iar clasa modal este intervalul dimensionalcu frecvena maxim a histogramei.

Indicele de clasticitate (C) este dimensiunea maxim a particulelor iar valoarea seextrage din curba cumulativa ca fiind P1.

Mediana (Md) reprezint dimensiunea particulelor corespunzatoare axei ce mpartedistribuia n dou pari egale; se determina de pe curba cumulativP50 = percentila de 50 %.

Media (Mz)= parametru ce defineste media distribuiei.

2

P+P=Mz 8416 Inman, 1952

3

P+P+P=Mz

845016 Folk si Ward, 1957

Modul de calcul al percentilelor este artat n fig. 2.

Fig. 2 Exemplu de citire a percentilelor i de calul amedieidin Cheel (2006)

Deviaia standard () este un parametru ce definete dispersia distribuiei n jurulvalorii medii.


5/14



2

P-P=

1684

Inman, 19526.6

P-P+

4

P-P=

5951684 Folk si Ward, 1957

Un parametru care exprimdeviaia standard este gradul de sortare. Cu ct valorile deviaieistandard sunt mai mari cu att sortarea este mai slab (fig. 3).

Fig. 3 Corelaia dintre sortare i valorile deviaiei standard, Compton (1962).

Asimetria(Sk) este un parametru ce definete gradul de apropiere a distribuieigranulometrice analizate de o distribuie normal-simetric(Sk=0). Poate fi apreciat calitativ

pe curba frecvenei simple (fig. 4) i cantitativ cu ajutorul percentilelor.

Md-Mz=Sk Inman, 1952

)P-P2(

P2-P+P+

)P-P2(

P2-P+P=Sk

595

50955

1684

508416Folk si Ward, 1977

Fig. 4 Ilustrarea schematic a diferitelor tipuri de simetrie. Liniile ntrerupte indic distribuia simetric n raport cusurplusul materialullui fin sau groisier, dup Friedman i Sanders (1978), din Cheel (2006). M-media

Valorile standard sunt urmtoarele: Sk >+0.3, distribuie foarte asimetric cu surplusde material fin; +0.1 < Sk < +0.3 distribuie asimetric cu surplus de material fin; -0.1 < Sk 1(ascutie); platicurticeK


7/14



Fig. 7 Diagram ternarcu nomenclatura categoriilor ruditice, arenitice i silturi + lutite, Folk, (1954)din Anastasiu i Jipa (1983)

7. Interpretri ambientale

De multe ori sedimentele reprezint combinaia mai multor subpopulaii. Visher(1969) a sugerat c alura curbelor cumulative reprezentate gaussian ar putea fi deseorisubdivizat n 2,3 sau 4 segmente liniare, (fig 8). Se consider cfiecare segment reprezinto subpopulaie a creicaracter este determinat de dinamica sedimentelor: traciune, saltaie,suspensie. Aceasta tehnica simplista fost preluat de ctre muli geologi dar necesit mai

mai multatenien interpretare.

Fig. 8 Segmentele linerire pe curba cumulativ i semnificatia acestora n termenii dinamicii sedimentelor,(Visher 1969, in Mc Manus 1988).

Passega (1957, 1964) a sugerat c raportul dintre indicele de clasticitate i mediaparticulelor (Mz), ar putea fi indicator al dinamicii sedimentelor n diferitele medii

depoziionale. Cureni cei mai puternici sunt astfel definii de granulometria grosier. ndiagramele C-M se definesc cmpuri cu semnificaii dinamice: traciune (n zonele de plaje),


8/14



saltaie, suspensie (zonele pelagice), (fig. 9).

Fig. 9 Plotarea indice de clasticitate vs mediana, Passega (1964), si interpretarea segmentelor in termenide mediu depozitional si conditii de transport al clastelor, n McManus (1988).

Analiza granulometric, mpreun cu alte metode poate fi antrenat n studii ambientalecu caracter regional prin considerarea variaiilor parametrilor granulometrici.

Una dintre primele ncercri de a caracteriza mediul depoziional prin date degranulometrie a fost cea la lui Stewart (1958) care a plotat mediana vs abatere standardiasimetrie, pentru sedimente din ruri, zone litorale (plaje dominate de valuri) i medii cu aplinitit, definind astfel campuri standardizate (fig. 9).

Fig. 9 Plotri bivariante, mediana vsdeviatie standard, mediana vs ascutime si definirea unor cmpuriambientale, (Stewart 1958, n McManus 1988).

Friedman, (1961, 1967) a folosit reprezentarile grafice abatere standard vs asimetriepentru distingerea mediilor fluviatile, litorale i eoliene(fig. 10).Nisipurile fine cu distribuieunimodal provenite din mai multe regiuni ale globului arat caracteristici similare: nisipullitoral de plaj are sortare bun i asimetrie negativ, nisipul din ruri prezint sortare slab iasimetrie pozitiv, nisipul eolian prizint asimetrie pozitiv dar este mai fin dect nisipul de

plaj.


9/14



Fig. 10 Plotarea abatere standard vs asimetrie si definirea unor campuri ambientale relative distincte dupa Friedman,(1967) n Cheel (2005)

Pot fi valorificate i raporturile simpledintre fraciile ruditice fine, arenitice, siltice ilutitice. Raportul silt/lutit a fost exploatat n sistemele lacustre i oceanice. Pelleter (1973) nMcManus (1988), a demonstrat ca relaia descretere granulometric creterebatimetric

este mai pronunatn lacuri dect oceane.

Deviaia metric-quartile reprezint subpopulaia central, care, frecvent acoper maimult de jumtate din distribuie, (P25-P75)/2. Folosind mai multe sute de analize, Buller iMcManus (1972), au definit prin plotarea deviaia metric-quartile vs mediana(Md), campuricu semnificaii ambientale: ruri, plaje, dune eoliene, depozite de ap linitit. Multe dintrecmpuri se suprapun, n special n domeniul arenit mediu-fin, ns, o mai bun discriminare afost obinut pentru celelate clasegranulometrice. Mai tarziu au fost adaugate, de ctre aliautori cmpuri pentru domeniile turbiditic, glaciar i piroclastic (fig. 11)


10/14


11/14



Tema

Se d urmatorul set de date reprezentnd gramajele rmase pe site rezultate n urma sitrii(tabel 4).

Tabel 4 Gramaje sitephi g (%) Frecvente

simple(%)

Frecventecumulative(%)

-1 0 0-0,75 0,09 0.23

-0,5 0,83 2.09-0,25 1,62 4.08

0 1,38 3.470,25 0,79 1.99

0,5 1,21 3.050,75 2,32 5.84

1 3,34 8.411,25 4,11 10.34

1,5 4,54 11.431,75 4,48 11.28

2 3,98 10.022,25 3,16 7.95

2,5 2,1 5.292,75 1,08 2.72

3 0,88 2.213,25 1,57 3.95

3,5 1,57 3.953,75 0,62 1.56

4 0,06 0.15total

Cerine

a) Completai coloanele din tabel transformnd gramajele n frecvee cumulateb) Reprezentai grafic frecvenele simple i cumulate folosindu-v de diagramele din fig. 12


12/14



Fig. 12 Diagrame pentru reprezentarea: a) frecvenelor simple, b) frecvenelor cumulate

c) S se calculeze parametrii granulometrici: Mo, M, Md, Ma, C, , Sk, K (Inman, 1952)


13/14



P1 Modul Mo .P5 Mediana Md=P50 .

P50 Media 2P+P

=Mz 8416

.

P16 Abatereastandard 2

P-P= 1684 .

P84 Simetrie

Md-M=Sk

.

P95 Ascutime P-P

)P-P(-)P-P(=K

1684

1684595 .

d) S se dea diagnosticul distribuiei granulometrice folosind diagrama Shepard sau Folk nfuncie de caz(fig. 13).

rudit rudit arenit arenit silt silt + lutit lutit total total

Fig. 13 Diagramele Shepard sau Folk pt determinarea denumitrii distributiei granulometrice

Denumirea distributiei granulometrice: ..............................................................e) S se caracterizeze pe scurt configuraia curbelor granulometrice (ex. caracter uni-

polimodal, sortare asimetrie, ascutime, )- caracter unimodal/polimodal (M=......)- =......., sortare..............- Sk = .........., distribuie ...............................................................- K=............. , distribuie..............................................................


14/14



f) Pe curba fr. cumulate s se separeprin segmentele de dreapt subpopulatii granulometricesi interpretai-le n termenii mecanismelor de transport...................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

............................................................................................................................................................................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................

09_12_28_392_Analiza_granulometrica

Documents

Transcript of 09_12_28_392_Analiza_granulometrica