CAPÍTULO 2: MINERAIS 2.1. INTRODUÇÃO:

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1 CAPÍTULO 2: MINERAIS 2.1. INTRODUÇÃO: Apesar do surgimento da mineralogia como ciência ser um fato relativamente recente, pinturas que datam de anos já mostravam os seres humanos negociando pedras preciosas e fundindo metais. Na verdade o uso dos minerais pelo homem tem uma história muito mais antiga e começa com o uso de sílex (espécie mineral muito duro e de arestas cortantes) em lanças, por parte do homem pré-histórico. Pode-se definir mineral como: elemento ou composto químico de ocorrência natural, com estrutura e composição química definidas, formado a partir de processos inorgânicos. Esta definição abrange mais de espécies minerais, porém a maioria delas é de ocorrência muito restrita e, por isso mesmo não apresenta grande interesse de estudo. Os minerais que aparecem com grande freqüência na crosta terrestre representam um grupo bastante pequeno, e aquele que tem interesse para a engenharia civil, um grupo menor ainda. Este fato facilitará bastante o estudo dos minerais no que tange ao interesse da engenharia civil IMPORTÂNCIAS DOS MINERAIS Como constituintes básicos das rochas, e conseqüentemente da litosfera, os minerais estão presentes em praticamente todos os ramos da atividade humana e muitas são suas utilidades. Mais de 50% dos materiais utilizados pelo ser humano são, de alguma maneira, derivados ou obtidos diretamente de espécies minerais. Isso acontece em quase todos os setores da industria de transformação, em grande parte das industrias de bens de consumo, e na maior parte das industrias de bens de consumo, e na maior parte da industria extrativa. Com relação às atividades de engenharia civil os minerais estão quase sempre presente nas obras, seja através de sua interação direta com as obras (uma vez que os mesmos são os constituintes básicos de rochas, solos e sedimentos), seja através de sua participação como materiais de construção ESTRUTURA DOS MINERAIS Uma vez que os minerais possuem uma espessura definida, uma das primeiras formas de estudo dos minerais que se pode ter está baseada na estrutura cristalina (arranjo interno ordenado dos átomos que compõem o mineral). Esta estrutura cristalina é típica da espécie mineral e controla muitas de suas propriedades. As substâncias cristalinas mostram, de maneira geral, um arranjo ordenado baseado na repetição de uma base estrutural morfologicamente constante e que obedece a leis de crescimento que fazem com que estas células básicas se associem sempre da mesma maneira. Estas unidades se dispõem em um retículo tridimensional definido por três direções e pelas distâncias ao longo das quais o desenho é repetido. BRAVAIS (1848) demonstrou que esta ordenação de células uma ao lado da outra (segundo certas ligações pré-estabelecidas) permite a existência de apenas 14 retículos espaciais nos quais a vizinhança em torno de cada ponto seja idêntica à dos pontos

2 vizinhos. Estas estruturas ficaram conhecidas como os quatorzes retículos espaciais de Bravais. Uma vez que a estrutura dos minerais é repetitiva ela apresenta condições particulares de simetria de acordo com a forma segundo a qual for ordenada. Estes elementos de simetria são planos, eixos e centros de simetria e é típico de cada grupo de espécies minerais, o que permite que se faça uma classificação dos minerais com base em sua estrutura cristalina. Este tipo de classificação possibilitou a definição de seis sistemas cristalográficos, de acordo com o tipo de elementos de simetria aceito por cada um: SISTEMAS CRISTALOGRÁFICO ELEMENTOS DE SIMETRIA Triclínico Monoclínico Ortorrônbico Tetragonal Hexagonal Cúbico 1 centro 1 plano e 1 eixo 4 planos e 3 eixos 4 planos e 7 eixos 7 planos e 13 eixos 9 planos e 11 eixos e 1 centro 2.4. PROPRIEDADES DOS MINERAIS Como propriedades dos minerais se entendem todas aquelas decorrentes da composição química ou da estrutura cristalina dos minerais, e que podem ser usadas, em conjunto, como critérios diagnósticos para a identificação dos minerais. As propriedades podem ser divididas em três grupos: (1) não dependentes da luz; (2) dependentes da luz; (3) elétricas e magnéticas. Estes conjuntos de propriedades apresentam uma grande variedade de propriedades descritas, porém em nosso enfoque serão citadas apenas aquelas que são fundamentais na identificação dos tipos minerais mais comuns PROPRIEDADES NÃO DEPENDENTES DA LUZ Clivagem propriedade que certa espécie mineral possui de se romper produzindo superfícies lisas, sempre paralelas aos seus planos de crescimento, dependendo portanto da estrutura interna do mineral. Fratura maneira pela qual o mineral se rompe quando isto não se dá ao longo de planos de clivagem. Normalmente são superfícies irregulares. Os tipos mais comuns são: conchoidal, fibrosa ou estilhaçada, serrilhada e irregular. Dureza resistência ao risco apresenta pela espécie mineral, dependendo da estrutura do mineral e variando de acordo com a estrutura considerada. Como sua caracterização direta é difícil, costuma-se lançar mão da chamada Escala de Dureza de Mohs que é uma modalidade de determinação indireta da dureza (através de intervalos de variação).

3 ESCALA DE MOHS 1 Talco 6 Ortoclásio 2 Gipsita 7 Quartzo 3 Calcita 8 Topázio 4 Fluorita 9 Corindon 5 Apatita 10 Diamante Habito diz respeito à forma do cristal da espécie mineral (quando esta apresenta cristais bem desenvolvidos) e é função da estrutura cristalina dos minerais PROPRIEDADES DEPENDENTES DA LUZ Brilho definitivo como a aparência geral do mineral à luz refletida, sendo caracterizado subjetivamente como: vítreo, resinoso, nacarado, gorduroso, sedoso, adamantino, ceroso e matálico. Cor diz respeito à cor natural do mineral, devendo-se considerar condições particulares (tais como inclusões e aquecimento) que podem alterá-lá. Traço caracterização pela cor do pó finge que a mineral deixa sobre a superfície que o riscou. Normalmente utiliza-se uma placa de porcelana para o teste do traço dos menerais. Pleocroismo propriedade que algumas espécies minerais têm de apresentar diferentes cores conforme a direção cristalográfica na qual são observadas. Iridescência propriedade que certos minerais possuem de mostrar uma série de cores na sua superfície ou interior quando girados à luz. Geralmente é devida à existência de fraturas no mineral. É bastante comum nos minerais de brilho metálico. Luminescência qualquer emissão de luz efetuada por um mineral que seja conseqüência de seu aquecimento (termoluminescência) ou esfregação (triboluminescência). De acordo com o seu tipo os minerais podem ser classificados em fluorecentes (a luminescência cessa quando cessa a causa) e fosforencentes (quando ela perdura após ter cessado a causa) PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS Piroeletricidade propriedade que certos minerais possuem de transmitir eletricidade quando sujeito à aquecimento. Piezoeletricidade propriedade dos minerais que transmitem corrente elétrica quando sujeitos à pressões adequadas. Magnetismo são denominados magnéticos os minerais que em seu estado natural possuem a capacidade de orientar o imã CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS: A classificação das espécies minerais se baseia em sua composição química, estando às classes minerais agrupadas de acordo com certos radicais químicos, o que possibilita a definição de 12 classes minerais dentre as quais a dos silicatos é a maior e mais importante, sendo por isso subdividida em grupos. As doze classes minerais são: Elementos Nativos são minerais que ocorrem na forma são combinadas (elementos químicos).

4 Sulfetos esta classe compreende os minerais formados pela associação do íon sulfeto (S - ²) com certos metais. Sulfossais compostos através da combinação de S, Sb, Bi ou As com alguns elementos metálicos. Óxidos costumam serem incluídos neste grupo também os hidróxidos, portanto estes grupos compreendem minerais que tenham sua constituição básica formada a partir dos radicais O - ² e OH -. Haloides classe que inclui os fluoretos, brometos e iodetos de origem natural. Carbonatos minerais que possuem o radical corbonato (CO 3-2 ). Nitratos minerais formados pela associação do radical NO 3 - com outros elementos químicos. Boratos minerais formados pela associação do radical BO 3-2. Fostatos minerais que possuam o radical PO 4-2 em sua fórmula. Sulfatos minerais compostos com a participação do radical SO 4-2. Tungstantos minerais que apresentam o radical WO 4-2. Silicatos maior classe minerais (fato que é decorrência, como já vimos, de serem O e Si os elementos químicos mais freqüentes na crosta terrestre), inclui todos os minerais que possuem em sua composição o radical silicato (SiO 2 ), representado cerca de 90% dos minerais mais freqüentes no planeta e quase a totalidade daqueles que interessam à engenharia civil. O fato de se tratar de uma classe muito extensa faz com que ele seja subdividida em grupos de acordo com a sua estrutura cristalina, criando-se assim os seguintes grupos: Nesossilicatos, Sorossilicatos, Ciclossilicatos, Inossilicatos, Filissilicatos e Tectossilicatos MINERAIS MAIS FREQÜENTES NAS ROCHAS, SOLOS E SEDIMENTOS: Como já foi dito, apesar do grande número de espécies minerais conhecidos na atualidade, apenas uma pequena parcela destes são constituintes comumente encontrados nas rochas. Portanto um bom conhecimento das características e do modo de ocorrência destes minerais é suficiente para a satisfação de grande parte das dúvidas a que um engenheiro civil está sujeito no exercício da profissão. Estes minerais de ocorrência mais freqüente são: Feldspato são os minerais mais comuns na crosta, geralmente apresentam cores claras, duas direções de clivagem bem definidas e contornos normalmente regulares. As composições químicas mais comuns são KAlSi3O8, NaAlSi3O8 e CaAlSi2O8, sua alteração costuma produzir minerais de argila, sendo comuns nas rochas ígneas e metamórficas, nas sedimentares normalmente se encontram alterados, possuem dureza 6. Quartzo possui habitus hexagonal, porém nas rochas raramente apresenta contornos bem definidos, sendo altamente resistente a alteração, sem clivagem, com fratura conchoidal, brilho vítreo, dureza 7, ocorrendo em quase todo tipo de rocha. Sua composição química é Si O2. Anfibólios apresentam-se como lâminas longas de terminações irregulares, com clivagem em duas direções, e seção hexagonal típica. Comuns nas rochas magmáticas e metamórficas, estes minerais apresentam fórmula X2Y5(Si8O22) (OH)2, onde X costuma ser Ca ou Na e Y normalmente Me ou Fe. Micas apresentam geralmente fórmulas muito complexas compostas por Si, Al, O, K, Mg, Fe, OH e metais alcalinos, apresentando-se na forma lamelar (placas), decorrência

5 de uma direção de clividagem perfeita. Ocorrem principalmente nas rochas ígneas e metamórficas, alterando-se com certa facilidade em argilominerais. Olivina com fórmula (MG, Fe)2SiO2, apresenta cores verde escuras, alterando-se facilmente para silicatos hidratados de Fe e Mg. São minerais típicos de rochas ígneas básicas ou rochas metamórficas destas derivadas. Sua alteração, quando em estágio inicial, pode resultar em zeólitas. Calcita e dolomita pertencentes ao grupo dos carbonatos, apresentam fórmula CaCO3 (dolomita), apresentando formas romboédricas com clivagem boa em três direções e baixa dureza. São minerais que ocorrem preferencialmente em rochas sedimentares químicas, e tem sua identificação facilitada por efervescerem sob a ação de HCl concentrado (a calcita apresenta efervescência em suas superfícies naturais, enquanto a dolomita apenas no pó). Hematita possui brilho metálico, traço castanho avermelhado, podendo ocorrer na forma de placas hexagonais, sendo freqüente em certas rochas metamórficas e em rochas sedimentares detríticas, apresenta fórmula Fe2O3. Magnetita forma octaédrica, brilho metálico, presente normalmente em rochas sedimentares e secundariamente em ígneas e metamórficas. Apresenta forte magnetismo e composição representada pó Fe3O4. Argilominerais silicatos hidratados de forma laminar, apresentando em partículas de dimensões tão diminutas que sua identificação só é possível através de métodos especiais (como microscópio eletrônico). São divididos em três grupos de acordo com sua estrutura: Grupo de Caulinita, Grupo da Ilita e Grupo das Cloritas CHAVES DE CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS: As chaves de classificação dos minerais constituem um dispositivo prático para a determinação rápida de qualquer mineral, baseada em suas propriedades diagnósticas. Sua utilização se dá na forma de árvore-lógica, permitindo que se identifique a espécie mineral com base em propriedades de fácil reconhecimento.