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Revista Brasileira de Geocincias

Maurcio Garcia de Camargo

36(2): 371-378,junho

de 2006

NOTA BREVE

SYSGRAN: UM SISTEMA DE CDIGO ABERTO PARA ANLISES GRANULO MTRICAS DO SEDIMENTOMAURCIO GARCIA DE CAMARGOlResumo SysGran um software para a anlise granulomtrica de sedimentos, contando com uma rica sada grfica. O software agora disponibilizadosob a licena GNU, o que significaque, alm de completamente gratuito, pode ser livrementemodificado e aperfeioado. O software foi desenhado para maximizar a velocidade das anlises, sendo capaz de analisar centenas de amostras em poucos segundos e de gerar rapidamente uma vasta gama de grficos. Os resultados das anlises compreendem todas as estatsticas do sedimento por diversos mtodos grficos como Folk & Ward ou a medida dos momentos (mdia, mediana, seleo, assimetria, curtose), as fraes granulomtricas (percentual de cascalho, areia, silte e argila), classificao verbal, os principais percents e os dados para plotagem da curva acumulada em outros programas grficos.Palavras-chave: software, cdigo livre, sedimento, granulometria.

Abstract SYSGRAN: AN OPEN SOURCE SYSTEM FOR GRAIN SIZE ANALYSIS OF SEDlMENT. SysGran is an easy-to-use specific software for granulometric analysis of sediments, which includes a rich graphical output. The software is now available under GNU license, meaning that it is free for any use and can be freely modified and improved. The software has been designed to maximize speed of analysis and is able to analyze hundreds of samples in a few seconds, together with many types of graphics. The results of statistical analysis of the sediment includes Folk & Ward graphical methods (among others) as well as methods of moments (mean, median, sorting, skewness, curtosis), grain size fractions (gravei, sand, silt and clay percentages), verbal classification, main percentile units and data for cumulative frequency curve plot using other graphical softwares. Keywords: software, open source, sediments, grain size.

INTRODUO A principal propriedade de um sedimento o tamanho das suas partculas, que afeta as condies deposicionais e de transporte, podendo ser utilizado como uma ferramenta bsica de caracterizao de solos com o propsito de interpretar os ambientes de sedimentao (Folk & Ward, 1957; Friedman, 1979; Sugita & Maruno, 2001). Mais especificamente, a anlise do tamanho do gro aplicada para correlacionar amostras provenientes de diferentes unidades estratigrficas, determinar o agente de transporte e deposio (vento, rio, corrente de turbidez, etc) e determinar processos de deposio final para caracterizar o ambiente de sedimentao (Carver, 1971). Um simples mapa da percentagem de areia no sedimento poderia indicar a existncia de algum gradiente relacionado a um possvel padro de distribuio do tipo de sedimento. Existem diversas tcnicas para determinao do tamanho do gro, como medio direta, peneiramento seca e mida, sedimentao, granulometria a laser, raio-X e Coulter Counter (McManus, 1988), cada uma mais apropriada para determinadas faixas de tamanho de gro. Todos os mtodos envolvem a diviso das amostras de sedimento em um nmero menor de fraes de tamanho, possibilitando a construo de uma distribuio de freqncia de tamanho baseada no peso ou volume percentual de cada categoria (Pye & Blott, 2004). O nmero e os limites destas categorias variam de acordo com o mtodo da anlise: peneirao resulta em poucas categorias (peneiras) enquanto a granulometria a laser possibilita a aplicao de centenas de categorias. Um tratamento matemtico dos dados de distribuio de tamanho do gro se toma ento necessrio para a caracterizao das amostras. Existem basicamente trs tipos de manipulaes matemticas possveis para os dados: a) interpretao visual da distribuio, .atravs de histogramas, curvas de distribuio de freqncias outras interpolaes; b) clculo dos parmetros

estatsticos (mdia, desvio padro, assimetria e curtose) a partir dos dados originais de percentagens (mtodo dos momentos); e c) clculo dos parmetros estatsticos a partir de interceptos tirados visualmente a partir dos grficos ou por mtodos de interpolao-regresso (mtodos grficos). Atravs do SysGran, a completa caracterizao das amostras possvel atravs de todos estes mtodos (e alguns outros), de uma maneira muito rpida e precisa. CARACTERSTICAS DO SOFTWARE

. . . . . . . . .Arquivo de instalao binria: sysgran.zip (4,3 Mb); . .Hardware mnimo: Intel x86 com no mnimo 128 MB de memria RAM; .Nome: SysGran para Windows; Desenvolvimento iniciado por: Maurcio Garcia de Camargo; Ano de incio do desenvolvimento: 1999; Licena atual (a partir de 2006): GNU; Disponibilidade: www.cem.ufpr.br/sysgran; Custo: Nenhum; Limite de amostras: 16.384 Limite de classes: 256 (permite anlise de granulometria a laser) . Arquivo do cdigo fonte: SysGran3 - Source.zip (107 Kb); Plataformas testadas: Windows 98, ME, 2000, XP. . Linguagem de programao: Delphi 5.

ARQUITETURA DO SYSGRAN As planilhas As planilhas do SysGran so bastante parecidas com aquelas do Excel (*.xls). De fato, as planilhas so salvas no formato do Excel. O SysGran capaz de ler e gravar diretamente planilhas do Excel verses 4.0 e 5.0. Infelizmente, ainda no h suporte para as planilhas mais modernas do Excel, a partir

1 - Centro de Estudos do Mar - Universidade Federal do Paran - Av. Beira-mar SIN. Caixa Postal 50.002, Pontal do Paran - PR. CEP: 83.255-000 - www.cem.ufjJr. br email: mauricio.camargo@ufjJr.br Arquivo digital disponivel on-line no si/e www.sbgeo.org.br

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SysGran: um sistema de cdigo aberto para anlises granulomtricas

do sedimento

Tabela 1. Arranjo da planilha de entrada de dados no SysGran (exemplo), com as classes de tamanho de gro as amostras identificadas individualmente nas linhas. O 0,76 1,50 2,10 4,76

p) nas colunas

e

Amostra 1 Amostra2 Amostra3 Amostra4

-1,0 O O O O

-0,5 O 0,84 1,23 0,23

0,5 0,90 2,80 5,32 8,65

1,0 1,65 6,76 12,87 16,43

1,5 15,87 22,54 18,65 12,45

da verso 7.0. Quem possui uma destas verses deve salvar as planilhas como Excel verso 4.0 para evitar possveis problemas de compatibilidade. As planilhas de entrada de dados devem ser arranjadas de acordo com a tabela 1. o SysGran reconhece o fim da seqncia de amostras e classes de tamanho a partir da primeira clula em branco. Portanto, nenhuma linha ou coluna em branco dentro bloco a ser analisado deve permanecer vazia. Na primeira linha entra-se com as classes de Adicionar/Capturar classes padro primeira linha). Operaes padro com planilhas esto disponveis a partir do menu principal.

(phi)( ljJ (fi) = -log2 d (mm) )

(18)

As anlises As anlises estatsticas do sedimento foram baseadas em Suguio (1973) e Tanner (1995). Cinco mtodos grficos de anlise esto disponveis: Folk & Ward, McCammon (a), McCammon (b), Trask, Otto & Inman, e um no grfico (algbrico), as Medidas dos Momentos, sendo padro o primeiro (figura 1). A primeira deciso a ser feita na opo de anlise entre dados brutos e estatstica do sedimento. Dados brutos da curva acumulada resultam em uma planilha com valores para cada classe de phi dos pesos proporcionais, das percentagens e das percentagens acumuladas de cada amostra, que podem ser exportados para outros programas e utilizados como fonte de dados para grficos de natureza variada. A anlise estatstica do sedimento (figura 3) pode conter apenas valores da mdia, seleo, mediana, curtose, assimetria, % de areia, % de argila e % de silte, ou incluir opcionalmente classificaesverbais e percentis (de 03% at 97%). Todosos mtodos e procedimentos analticos so detalhados na tabela 2, que foi baseada em Suguio (1973). Nestas informaes tcnicas, incluram-se as "taxas de eficincia" de cada mtodo para a mdia e seleo, que so a razo de acerto em relao mdia e desvio padro reais. Os valores da mdia do tamanho do gro so usados para categorizar os sedimentos atravs de mtodos propostos por diversos autores (tabela 3). A escala mais antiga a de Wentworth (1922) e tdas as demais so adaptaes desta, .Adota-se aqui a escala de Wentworth stritu sensu com a modificao semntica do nome ultra-argila para argila. Os limites so dados em valores de phi ( 9S

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Assimetriask =.p

CurtoseK = I/(m.p.p

=

a=.p

If(m.p-x.p)2100

f(m.p - X.p)3100a/

-X.p)4

100(14)

1OOa./

(15)

(16)

(17)

Onde: f =percentagem do peso de cada freqncia para cada tamanho de gro;m

= mediana

de cada graduao

de tamanho de gro em phi( 4>)

Classificao verbalSeleo ( a q; )

Assimetria , (aq;)

Curtose ( Kq;)

Muito negativa I 4, ,

leptocurtlca

I >15

1 Eficincia testada por MacCammon (1962) 2 Eficincia testada por Fo1k & Ward (1966) 3 Extrado de Tanner (1995) 374Revista Brasileira de Geocincias, volume 36 (2), 2006

Maurcio Garcia de Camargo

Tabela 3. Comparao de diferentes escalas de tamanho adotadas por diferentes autores. O programa SysGran utiliza uma escala ligeiramente adaptada (veja o texto) de Wentworth (1922), obtida de Suguio (1973). Esta escala uma das mais adotadas por laboratrios brasileiros.

Tamanho do Grofi(phi)(IJ = -log2 d(mm)

Classificao verbal

mm/m > 2048 mm 1024720 48 5127102 4 2567512 1287256 647128 32764 16732 8716 478 274 172 500m71 mm 2507500 1257250 637125 31763 16731 8716 478 274 9

Friedman & Sanders (1978) Mataco muito grande Mataco grande

Blott & Pye (Q()l) Calhau muito grande Calhau grande Calhau mdio

Mataco Mataco mdio Mataco pequeno Calhau grande

Bloco

Seixo

Granulo Areia muito grossa Areia grossa Areia mdia Areia fina

Calhau pequeno Calhau muito Calhau pequeno pequeno Seixo muito Granulo muito grosso grosso Granulo grosso Seixo grosso Granulo mdio Seixo mdio Seixo fino Granulo fino Seixo muito Granulo muito fino fino Areia muito Areia muito grossa grossa Areia grossa Areia grossa

Areia mdia Areia mdia Areia fina Areia fina Areia muito Areia muito fina Areia muito fina fina Silte muito Silte muito Silte grosso grosso grosso Silte mdio Silte grosso Silte grosso Silte mdio Silte mdio Silte fino Silte muito fmo Silte fino Silte fino Silte muito fino Silte muito fino Argila grossa Ultra-argila Argila Argila

interpretao dos resultados. Por isso, a anlise prvia da distribuio de ueqncia das amostras recomendvel, atravs dos grficos histograma e de outras tcnicas grficas disponveis no SysGran. A flexibilidade do SysGran pode ser explorada para comparaes de mtodos. comum na literatura, por exemplo, comparaes entre mtodos grficos e medidas dos momentos (Folk,Revista Brasileira de Geocincias,

1966; Davis & Ehrlich, 1970; Jaquet & Vemet, 1976; Swan et a!., 1978), mostrando as vantagens e desvantagens de cada um. Cada mtodo d uma nfase diferente para diferentes partes da distribuio do tamanho do gro. O mtodo grfico d mais peso na poro central da curva de freqncia e menos nas caudas. O limite inferior e superior e inferior dos percents utilizados situase entre 16% e 84% para Folk & Ward (1967) e 5% e 95% para375

volume 36 (2), 2006

SysGran: um sistema de cdigo aberto para anlises granulomtricas

do sedimento

Figura 1. Exemplo de tela do SysGran: opes de anlises estatsticas e dados brutos.

Figura 2. Exemplo de tela do SysGran: opes de grficos. 376Revista Brasileira de Geocincias, volume 36 (2), 2006

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.. Maurcio Garcia de Camargo

Figura 3. Exemplo de tela do SysGran: telas de planilhas de sada de resultados..

10

A .11 sO%

Figura 4. Exemplo de tela do SysGran: telas de sadas de grficosRevista Brasileira de Geocincias, volume 36 (2), 2006

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w ,

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MacCammon (l962b) e os sedimentos fora desta faixa so ignorados. O mtodo das medidas dos momentos mais acurado pois emprega a populao inteira, mas apresenta a desvantagem de ser muito sensvel a valores extremos ("outliers") (Friedman & Johnson, 1982) e deveria ser aplicado somente quando a distribuio de tamanhos de gro for muito bem conhecida (McManus, 1988). O CDIGO FONTE O cdigo do programa modulado e compartimentado em unidades