ARGILOMINERAIS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES

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1 Departamento de Engenharia Civil Pós-graduação ARGILOMINERAIS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES Classificação Estrutural dos Argilominerais Introdução 1

2 Conceitos Geotécnicos Básicos 05/10/2011 Origem dos Solos Residual (Maduro, Saprolítico) Transportado ou Sedimentar (Aluvião, Colúvio, Talus. Orgânico (Turfa) Solos Residuais Solos Tropicais Solo residual de sienito O produto da intemperização da rocha permanece no local de origem Solos Lateríticos Solos superficiais formados em ambiente tropical úmido, em decorrência, essencialmente, de lixiviação de óxidos de ferro e alumínio de materiais sobrejacentes bem drenados. T.M.P. de Campos (2007) 2

3 Conceitos Geotécnicos Básicos T.M.P. de Campos (2007) Filito Granito-Gnaisse 05/10/2011 Exemplos de Perfis de Solos Residuais T.M.P. de Campos (2007) HORIZONTE B HORIZONTE C OU SOLO SAPROLÍTICO OU SAPROLITO Solos Residuais Gnaisse Peculiaridades estruturais da rocha mãe são preservadas no solo residual jovem ou solo saprolítico 3

4 Tamanho de Grãos Matacão Calhau Pedregulho > 200mm 60 < < 200mm 2 < < 60mm Areia lte Argila 0,06 < < 2mm 0,002 < < 0,06mm < 0,002mm Diâmetro dos Grãos (mm) argila silte areia pedregulho calhau matacão fina media grossa 0,002 0,05 0,4 2 4, Solos Coesivos Solos Granulares Solos de Granulação Fina Análise por Sedimentação Solos de Granulação Grossa Análise por Peneiramento Classificação ABNT T.M.P. de Campos (2007) Pedregulho Tamanhos relativos Areia lte Invisíveis à olho nu Argila invisível nesta escala T.M.P. de Campos (2007) 4

5 d = 3.56 d = d = 7.13 d= /10/2011 Tamanhos de Partículas de Solos Areia lte Argila grossa média fina grosso médio fino Comportamento controlado por forças de massa Colóide Comportamento controlado por forças elétricas Espessura da folha de caulinita Espessura da folha de ilita Esp. da folha de montmorilonita Diâmetro da molécula d água Limite do microscópio óptico Peneiramento Limite de visibilidade a olho nu Sedimentação Gama de ultramicroscopia Centrifugação Limite do microscópio eletrônico Comprimento de onda do Raio X T.M.P. de Campos (2007) VE EG Ct 540 ST Fração Argila - Difração de Raios X (DRX) AN CuKα - 2 θ solo 5 - ACpb 4 - ACa 3 - Amp 2 - Llm 1 - Amp Fração Argila - Microscópio eletrônico de varredura (MEV) Fração areia lupa binocular 5

6 Análise Granulométrica Peneiramento Percentual em peso do solo que passa por peneiras com aberturas préestabelecidas em Normas Técnicas Jogo de peneiras Amostra de solo Peneirador T.M.P. de Campos (2007) Análise Granulométrica Sedimentação Lei de Stokes: velocidade de queda de partículas sólidas em suspensão em uma solução água-solo é proporcional ao quadrado do diâmetro das partículas T.M.P. de Campos (2007) 6

7 Porcentagem que passa (%) Porcentagem que passa (%) /2" 1" 3" 2" 6" 12" 30" Porcentagem retida )%( 05/10/2011 Distribuição Granulométrica Peneira N o (SUCS) Sedimentação Peneiramento Porcentagem retida (%) ABNT SUCS MIT ,0001 0,001 0,01 0, Diâmetro dos Grãos (mm) Argila Argila Argila lte lte lte fina fina Areia média Pedregulho grossa fino médio grosso Pedra Areia Pedregulho fina média grossa Areia média grossa Pedregulho Matacão T.M.P. de Campos (2007) Mineralogia (constituintes sólidos dos solos) Quartzo Minerais Primários Feldspatos (predominam na fração grossa) Micas Minerais Secundários (fração fina) Argilominerais Óxidos e Hidróxidos de Fe e Al 7

8 Argilominerais 1:1, 2:1, 2:1:1 Colóides dos Solos 4 Tipos Óxidos e Oxi-hidróxidos de Fe and Al Goetita, Hematita, Ferryhydrita, Maghemita Matéria Orgânica Baixo peso molecular ácido fúlvico Todo argilo-mineral é uma argila, mas nem toda a argila é um argilo-mineral... 8

9 Argilominerais São silicatos de alumínio hidratados, podendo conter pequenas quantidades de elementos alcalinos (K, Na, Li) e alcalino terrosos (Ca, Mg). O Al de sua estrutura cristalina pode ser substituído por Fe 3+, Fe 2+ ou Mg 2+. Três grupos principais de agrupamentos atômicos formam sua estrutura cristalina: G ou B Folhas de Octaedros de Alumínio Folhas de Octaedros de Magnésio Folhas de Tetraedros de lício G = gibisita (Al); B = brucita (Mg) Estrutura dos Argilominerais 9

10 Os argilominerais são formados por folhas de tetraedros de silício e oxigênio e folhas de octaedros de alumínio e oxidrilas, ambas em arranjo hexagonal. Os átomos de oxigênio ficam dispostos em volta dos átomos de silício, em ligação covalente, o mesmo acontecendo com as oxidrilas e os átomos de alumínio. No caso dos tetraedros, o, pode ser substituído isomorficamente por Al3+, Fe2+ e Fe3+. Nos octaedros pode ocorrer a substituição isomórfica do Al3+, Fe2+, Fe3+, Ti4+, Cr3+, Mn2+, Zn2+, Li1+, Mg2+. Unidades Estruturais Básicas oxigênio Hidroxila ou oxigênio silício Aluminio ou magnésio 0.26 nm 0.29 nm Tetraedro de lício Octaedro de Alumínio 10

11 Tetraedro Octaedro a: grupo tetraédrico b: lâmina tetraédrica c: grupo octaédrico d: lâmina octaédrica 11

12 Disposição de tetraedros ao longo de [001] (de Bailey, 1980). Disposição de Octaedros ao longo de [001] (de Bailey, 1980). 12

13 Ligações entre as Unidades estruturais Básicas As folhas de tetraedros e de octaedros se empilham ao longo do eixo C dando origem a uma camada formada por duas folhas. No empilhamento das folhas, as ligações são feitas pelos oxigênios dos vértices dos tetraedros. Ocorrem também, camadas formadas por três folhas, sendo as folhas de octaedros intercaladas entre duas folhas de tetraedros. Nas estruturas 1:1, as camadas são unidas por pontes de hidrogênio ou oxidrilas. Nas estruturas 2:1, as camadas são unidas por cátions, que se dispõem entre as camadas. Classificação Estrutural dos Argilominerais Argilominerais - Grupo dos filossilicatos São divididos em minerais de estrutura 1:1; 2:1; e 2:1: l. Minerais de estrutura 1:1 são: Caulinita, diqnita, narsita, haloisita; Minerais de estrutura; 2:1 são: Grupo da ilita; Grupo da vermiculita, Grupo da esmectita; montmorilonita, nontronita, saponita, hectorita, sauconita e volconscoita. Minerais de estrutura 2:1;1 são: Grupo da clorita com várias espécies. Argilominerais pertencentes ao grupo dos minerais de camadas mistas ou interestratificados. 13

14 1:1 2:1 14

15 Para simplificar utiliza-se para representar tetraedros de silício: E para os octaedros de alumínio: Al Al 7Å Caulinita Al Ca + Mg + n H2O 14Å Vermiculita Al Al Al C.T. + n H2O 14Å Esmectita Al Al C.T. + n H2O Camada Mista Ilita-Esmectita Al Al K K K 10Å Ilita K K K Al Al C.T. + n H2O Al Mg 14Å Clorita Al 15

16 Famílias de Argilominerais Caulinita (Estrutura 1:1) G G G 7,2 A o Lâminas de caulinita em cristais de quartzo 16

17 Famílias de Argilominerais Ilita (Estrutura 2:1) G K K K K G o 10 A K K K K G K Fixo Famílias de Argilominerais Esmectita (montmorilonita) (Estrutura 2:1) G G o 9,6 A a G H 2 O + Cátions mens/picshow.php?id=

18 2:1 Clay Minerals (expanding) CEC: meq/100 g (vermiculite) meq/100 g (smectite) 2:1 Clay Minerals CEC ~ 40 meq/100 g non-expanding 18

19 caulinita clorita 19

20 flogopita muscovita 20

21 Formação dos argilominerais Processos intempéricos; processos diagenéticos e processos hidrotermais; Os minerais pertencentes ao grupo dos silicatos, exceto o quartzo, podem ser transformados em argilominerais, conhecidos como minerais secundários; Os argilominerais também podem ser chamados de minerais neoformados ou de neoformação. Neste caso, são resultantes da precipitação ou combinação de substâncias resultantes do intemperismo de outros minerais. 21

22 Ambiente Geoquímico Em condições de drenagem lenta temos: Biotita Fengita Vermiculita Esmectita Caulinita Gibsita Em condições de boa drenagem tem-se: Biotita Caulinita + goetita Feldspato Caulinita + gibsita Intemperismo de Feldspato sob condições de drenagem lenta: Feldspato Montmorilonita Beídelita Caulinita Gibsita 22

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25 Influência da Topografia na Dinâmica da Água no Solo Serra dos Órgãos (RJ) Dedo de Deus (RJ) Fraturas Tectônicas Sub-Verticais 25

26 Relevo Influenciando as Características do Solo Neosolo Litólico Gleissolo Argissolo 26

27 Relações entre a idade do solo e suas características 27

28 Depósitos lateríticos Minério de Ferro 28

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