argilominerais propriedades-e-aplicac3a7c3b5es

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Departamento de Engenharia Civil

Pós-graduação

ARGILOMINERAIS

PROPRIEDADES E APLICAÇÕES

Classificação Estrutural dos Argilominerais

Introdução

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Origem dos Solos

Residual (Maduro, Saprolítico)

Transportado ou

Sedimentar (Aluvião, Colúvio, Talus.

Orgânico (Turfa)

PUC-Rio NGA

Solos Tropicais PUC-Rio

NGA

Co

nc

eit

os G

eo

téc

nic

os B

ás

ico

s

T.M.P. de Campos (2007)

Solos Residuais

Solos Lateríticos

Solo residual de sienito

O produto da intemperização da rocha permanece no local de origem

Solos superficiais formados em ambiente tropical úmido, em decorrência, essencialmente, de lixiviação de óxidos de ferro e alumínio de materiais sobrejacentes bem drenados.

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OU SOLO SAPROLÍTICO

OU SAPROLITO

HORIZONTE C

HORIZONTE B


Exemplos de Perfis de Solos Residuais

Solos Residuais

PUC-Rio NGA

Co

nc

eit

os G

eo

téc

nic

os B

ás

ico

s

T.M

.P. de C

am

pos

(2007)

Peculiaridades estruturais da rocha mãe são preservadas no solo residual jovem ou solo saprolítico

Fil

ito

Gra

nit

o-G

nais

se

Gnaisse

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Matacão > 200mm Calhau 60 < < 200mm Pedregulho 2 < < 60mm

Areia 0,06 < < 2mm Silte 0,002 < < 0,06mm Argila < 0,002mm

Tamanho de Grãos


argila silte areia pedregulho

fina media grossa

calhau matacão

Diâmetro dos Grãos (mm)

0,002 0,05 4,8 76 0,4 2

Solos Coesivos Solos Granulares

Solos de Granulação Fina Solos de Granulação Grossa

Análise por Sedimentação Análise por Peneiramento

250 1000

Classificação ABNT

PUC-Rio NGA

Areia

Pedregulho

Silte Argila

invisível nesta escala

Tamanhos

relativos


Invisíveis à

olho nu

PUC-Rio NGA

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Tamanhos de Partículas de

Solos


PUC-Rio NGA

Areia Silte Argila grossa média fina grosso médio fino

Colóide

Espessura da folha de caulinita

Espessura da folha de ilita

Esp. da folha de montmorilonita

Diâmetro da molécula d´água

Limite do microscópio óptico

Comprimento de onda do Raio X

Gama de ultramicroscopia Limite do microscópio eletrônico

Peneiramento

Limite de visibilidade a olho nu

Sedimentação Centrifugação

Comportamento controlado por forças elétricas

Comportamento controlado por

forças de massa

1 - Amp

2 - Llm

3 - Amp

4 - ACa

5 - ACpb

solo

VE

0510

15

20

25

30

35

40

CuKα - 2 θ

d=

7.1

3

d =

3.5

6

d =

7.1

3

d =

4.1

3

AN

ST

540°

EG

Ct

Fração areia – lupa binocular

Fração Argila - Microscópio eletrônico de

varredura (MEV)

Fração Argila -

Difração de Raios X

(DRX)

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Análise Granulométrica Peneiramento

– Percentual em peso do solo que passa por peneiras com aberturas pré-estabelecidas em Normas Técnicas


PUC-Rio NGA

Jogo de peneiras

Amostra de solo

Peneirador

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


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Distribuição Granulométrica


PUC-Rio NGA

DiâmetrosEfetivos

(mm)

Coeficientesde

Uniformidade

e

Curvatura

Peneira N o

(SUCS) 30

"

12

"

6"

3"

2"

1"

1/2

"

410

20

40

60

10

0

20

0

Po

rcen

tag

em

reti

da

)%

(

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000

Diâmetro dos Grãos (mm)

Po

rcen

tag

em

qu

e p

ass

a

(%)

MatacãoPedraABNT SilteArgilaPedregulhoAreia

médiafina finogrossa médio grosso

SilteArgila PedregulhoAreiamédiafina grossa 21 43

SilteArgila PedregulhoAreiafina grossamédia

MIT

SUCS

Porc

enta

gem

qu

e p

assa

(%

) Porcen

tagem

retida (%

)

Peneiramento

Sedimentação

Mineralogia PUC-Rio

NGA

(constituintes sólidos dos solos)

Quartzo

Minerais Primários Feldspatos

(predominam na fração grossa) Micas

Argilominerais

Minerais Secundários Óxidos e Hidróxidos

(fração fina) de Fe e Al

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Colóides dos Solos

4 Tipos

Argilominerais

1:1, 2:1, 2:1:1

Óxidos e Oxi-hidróxidos de Fe and Al

Goetita, Hematita, Ferryhydrita, Maghemita

Matéria Orgânica

Baixo peso molecular – ácido fúlvico

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Todo argilo-mineral é uma argila, mas

nem toda a argila é um argilo-mineral...

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Argilominerais

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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 Fe3+, Fe2+ ou Mg2+.

Três grupos principais de agrupamentos atômicos formam sua estrutura cristalina:

G ou B

Folhas de Tetraedros de Silício

Folhas de Octaedros de Alumínio

Folhas de Octaedros de Magnésio

G = gibisita (Al); B = brucita (Mg)

Estrutura dos

Argilominerais

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• 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 Si, 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+.

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Unidades Estruturais Básicas

0.29 nm

Aluminio ou

magnésio

Hidroxila ou

oxigênio

Tetraedro de Silício Octaedro de Alumínio

0.26 nm

oxigênio

silício

0.26 nm

oxigênio

silício

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Tetraedro

Octaedro

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a: grupo tetraédrico

b: lâmina tetraédrica

c: grupo octaédrico

d: lâmina octaédrica

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

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Disposição de

Octaedros ao longo de

[001] (de Bailey, 1980).

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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.

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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.

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1:1 PUC-Rio

NGA

2:1 PUC-Rio

NGA

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Para simplificar utiliza-se para representar tetraedros de silício:

Si

E para os octaedros de alumínio:

Al

PUC-Rio NGA

Si

Al

Si

Al

7Å

Caulinita

Si

Al

Si

Ca + Mg + n H2O

Si

Al

Si

14Å

Vermiculita

Si

Al

Si

C.T. + n H2O

Si

Al

Si

14Å

Esmectita

Si

Al

Si

K K K

Si

Al

Si

10Å

Ilita

Si

Al

Si

C.T. + n H2O

Si

Al

Si

K K K

Si

Al

Si

C.T. + n H2O

Camada Mista

Ilita-Esmectita

Si

Al

Si

Mg

Si

Al

Si

14Å

Clorita

PUC-Rio NGA

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PUC-Rio NGA

Famílias de Argilominerais PUC-Rio

NGA

Caulinita

(Estrutura 1:1)

G

G

G

7,2 A

o

Lâminas de caulinita

em cristais de quartzo

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Famílias de Argilominerais PUC-Rio

NGA

Ilita (Estrutura 2:1)

10 A

G

G

G

K K K

K

K

K K K

K Fixo

o

Famílias de Argilominerais

PUC-Rio NGA

9,6 A a ∞

G

G

G

H2O + Cátions

o

Esmectita

(Estrutura 2:1)

(montmorilonita)

http://webmineral.com/speci

mens/picshow.php?id=1285

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2:1 Clay Minerals (expanding) CEC: 100 – 200 meq/100 g (vermiculite)

70 – 120 meq/100 g (smectite)

2:1 Clay Minerals CEC ~ 40 meq/100 g

non-expanding

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caulinita

clorita

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flogopita

muscovita

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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.

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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

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Influência da Topografia na Dinâmica da

Água no Solo

Fraturas Tectônicas Sub-Verticais

Dedo de Deus (RJ) Serra dos Órgãos (RJ)

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Neosolo Litólico Gleissolo Argissolo

Relevo Influenciando as

Características do Solo

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Relações entre a

idade do solo e

suas

características

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Depósitos lateríticos – Minério de Ferro

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