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GEO 0269 - GEOLOGIA PARA ENGENHARIA ���� Minerais e Rochas Prof. Guilherme La Flor Ziegler Agosto/2013 MINERAL ���� É um elemento ou composto químico que normalmente é cristalino e que é resultado de processos geológicos“ (Nickel, 1995) Um mineral é sólido, inorgânico, homogêneo, natural, com uma composição química definida e uma estrutura interna caracterizada pelo arranjo regular dos átomos e íons (estrutura cristalina). Características importantes: São definidos principalmente pela Composição Química e Estrutura Cristalina. Propriedades: Físicas, Óticas e Químicas ROCHAS ���� Agregado natural de minerais ou de somente um mineral (monominerálicas como o calcário - formado de calcita e o quartzito - formado de quartzo), ou fragmentos de outras rochas, ou vidro vulcânico, ou ainda matéria orgânica, e que faz parte importante da crosta sólida da Terra. A agregação dos minerais na formação das rochas obedece a leis físicas, químicas ou físico-químicas definidas na sua formação. Os minerais se formam pelo resfriamento de magmas, rearranjo de íons em temperaturas intermediárias e pela precipitação de sais com a evaporação de uma solução. ���� CONCEITOS BÁSICOS ���� CONCEITOS BÁSICOS MINERALÓIDE É qualquer substância que ocorre naturalmente na natureza, substâncias provenientes de atividades ou processos orgânicos biológicos, e que não possuem a estrutura cristalina ordenada (amorfos) e uma composição química específica. EX: obsidiana (vidro vulcânico), carvão mineral que se origina da decomposição de restos vegetais, num longo processo de litificação (transformação em pedra), azeviche (forma densa do carvão), pérolas, âmbar (substância orgânica não cristalina de origem geológica), petróleo. MINÉRIO ���� são rochas que têm uma concentração relativamente elevada de uma determinada substância, de modo que seja viável seu aproveitamento industrial. Têm valor econômico. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 1. ESTRUTURA DOS MINERAIS • Todos os minerais apresentam estrutura cristalina. • A Estrutura cristalina é propriedade característica de cada mineral • Todas as espécies de um mesmo mineral têm estrutura cristalina idêntica Para classificar os sistemas cristalinos, toma-se o sistema cartesiano da figura SISTEMAS CRISTALINOS ���� ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA CÚBICO OU ISOMÉTRICO Cubos ou octaedros. São 7,8 % das espécies minerais fazem parte do sistema cúbico, entre elas diamante, ouro, granadas (comum em rocha magmática clara), prata, espinélio, pirita, fluorita e sodalita. Fluorita, halita, magnetita, granada ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA TETRAGONAL Prismas e pirâmides tetragonais. Pertencem a este sistema 6,4% dos minerais entre eles zircão, apofilita, rutilo, idocrásio e cassiterita. Zircão ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA ORTORROMBICO Prismas e pirâmides rômbicas. São 28,6 % das espécies minerais conhecidas, sendo exemplos topázio, crisoberilo e zoisita. Zoisita, olivina, barita ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA HEXAGONAL Prismas e pirâmides hexagonais. Pertencem a este sistema 7% dos minerais conhecidos, entre eles nefelina (semelhante ao quartzo mas nunca junto, ocorre em sienitos e rochas sódicas), apatita, berilo e covellita. Berilo, nefelina ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA TRIGONAL OU ROMBOÉDRICO Turmalina, Calcita, Dolomita Prismas e pirâmides trigonais (quartzo, grafita) ou romboedros (calcita, dolomita). Pertencem ao sistema trigonal 10,1% das espécies minerais conhecidas, entre elas quartzo (piramide trigonal), o coríndon e as turmalinas (granitos e pegmatitos – rochas ígneas quartzozas). ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA MONOCLINICO Prismas com faces inclinadas. São monoclínicas 30,8% das espécies minerais, sendo este o sistema com maior número de minerais. Ex.: jadeíta, espodumênio, ortoclásio e euclásio, hornblenda, muscovita, gipso, biotita. Espodumenio ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS SISTEMAS CRISTALINOS ���� SISTEMA TRICLÍNICO Formam os chamados pinacóides (pares de faces paralelas). Compreende 9% das espécies minerais conhecidas, como rodonita, turquesa e microclínio, plagioclásio. Microclínio ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS o cristal apresenta as faces perfeitamente desenvolvida o cristal apresenta-se com suas faces imperfeitamente desenvolvidas quando o cristal não apresenta faces 2. FORMA DOS MINERAIS EUÉDRICO ���� SUBÉDRICO ���� ANÉDRICO ���� Refere-se ao poliedro definido pelas faces naturais do corpo mineral durante a cristalização. Nas rochas, devido ao confinamento, dificilmente os minerais assumem sua formas próprias de cristalização, possuindo forma de grãos irregulares, sem faces cristalinas, porém com estrutura cristalina Interna. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS É a forma de ocorrência do cristal mineral, podendo ajudar na sua identificação e algumas vezes até diagnóstico. Está relacionado ao sistema de cristalização e ao ambiente de formação (origem e espaço) ou ausência de cristalização em materiais amorfos. HÁBITOS CRISTALINOS ���� FIBROSO LAMELAR Ex: Amianto, gipsita Ex: Hematita, Pirrotita FILIFORME Ex: Tufo de Rutilo Filiforme encravado em quartzo FOLIÁCEO OU MICÁCEO Ex: Muscovita, biotita, clorita (verde escuro em Xistos) ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS HÁBITOS CRISTALINOS ���� PRISMÁTICO COLUNAR Ex: Calcita Ex: Topázio Ex: Ametista em Cavidades, Fluorita em Fraturas DRÚSICO (CRISTAIS AGREGADOS) DENDRÍTICO Ex: Cobre, ouro, prata, Quartzito com dentritos de Manganes AMIGDALOIDAL Ex: Basalto com amigdalas de zeólitas (preenchem cavidades) ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS HABITOS CRISTALINOS ���� MACIÇO Ex: Magnetita (acessório rocha magmática básica)Ex: Ágata (calcedônia) em Geodo GEÓDICO RADIADO OU DIVERGENTE Ex: Pirolusita, goetita ACICULAR Ex: Rutilo (quartzo rutilado) BOTRIOIDAL (cachos uva) Ex: Limonita, Malaquita Resistência ao risco. Capacidade de um mineral riscar ou ser riscado por outro Considera-se mais duro o material que, quando atritado com outro, risca-o ou corta-o. Propriedade diretamente ligada à estrutura do cristal. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 3. DUREZA ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS DUREZA NA ESCALA DE MOHS Em ordem crescente Feldspato Coríndon M O L E S DUROS 4. CLIVAGEM • Clivagem: está relacionada com o rompimento da estrutura cristalina do mineral, produzindo superfícies planas definidas. • Se dá paralelamente aos planos de maior coesão. É uma direção natural de fraqueza segundo a qual o mineral tende a quebrar. • A Forma pela qual um mineral sofre ruptura depende da força, orientação e distribuição das ligações químicas na estrutura cristalina •Tipos: - Excelente (Proeminente) – mica, calcita, planos separados facilmente. - Boa (Perfeita) – feldspatos, piroxênios, anfibólios que se separam em superfícies escalonadas. Regular (Distinta ou Mediana) Indistinta (má) – não há superfícies lisas. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS CLIVAGEM ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS Clivagem em 1 plano – Muscovita e Biotita (Basal ou tabular (tábuas) na horizontal) Clivagem em 2 planos – Feldspato Ortoclásio Clivagem em 3 planos – Halita (Clivagem Cúbica) Clivagem em 3 planos – Calcita (Clivagem Romboédrica) 5. FRATURA • Fratura é a superfície obtida pela ruptura de um mineral em uma direção diferente daquela de clivagem. O tipo de fratura depende do tipo de estrutura. • É a superfície de fraqueza irregular ou curva resultante da quebra de um mineral. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS FRATURAS Fratura conchoidal: consiste em superfícies lisas e côncavas, semelhantes ao interior de uma concha. Ex. quartzo, opala, calcedônia, obsidiana. ���� PROPRIEDADES DOSMINERAIS Fratura denteada ou serrilhada: metais nativos (ouro, prata, cobre). Fratura irregular: muitos minerais apresentam, não sendo uma propriedade diagnóstica. Ex. turmalina. Ex: Prata Nativa Ex: Obsidiana Ex: Vidro e Quartzo 6. TENACIDADE ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS A tenacidade refere-se à resistência dos minerais a esforços (choques mecânicos). Tenacidade é uma medida de quantidade de energia que um material pode absorver antes de fraturar. Os materiais cerâmicos, por exemplo, têm uma baixa tenacidade. Uma confusão comum ao termo é achar que um material duro é também tenaz, como exemplo temos o diamante, que só pode ser riscado por outro diamante (logo, extremamente rígido), mas pode ser quebrado se sofrer uma requisição muito alta como uma martelada. 6. TENACIDADE ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS Segundo a tenacidade um mineral pode ser: • Friável (frágil, quebradiço): Que pode ser quebrado ou reduzido a pó com facilidade. Ex: calcita, fluorita, bauxita, gipso, clorita, argila. • Maleável: deforma-se sem se romper (lâminas delgadas), Ex. ouro, prata, cobre. • Séctil: facilmente cortado em lâminas com canivete. Ex gipso, talco, serpentina. • Dúctil: Pode ser transformado facilmente em fios. Ex. ouro, prata, cobre. • Flexível: Pode ser dobrado, mas não recupera a forma anterior. Ex: talco,gipsita, vermiculita. • Elástica: se dobrado recupera a forma anterior. Ex. Quartzo, coríndon, micas, muscovita, biotita. OBSERVAÇÃO PARA OS ALUNOS DOS PERÍODOS INICIAIS: Lei de Hooke (ELASTICIDADE ≠ PLASTICIDADE) aplicada a materiais (σ x ε) Acima de uma determinada tensão, conhecida como limite elástico ou limite de escoamento, a relação entre tensões e deformações se quebra (deixa de ser linear). Além deste limite, o sólido pode deformar-se irreversivelmente, exibindo um comportamento plástico. O início da deformação plástica significa normalmente o colapso de uma estrutura. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 7. DENSIDADE • É o número que expressa a razão entre o peso do mineral e o peso de um mesmo volume de água. • Indica quantas vezes certo volume do mineral é mais pesado que o mesmo volume de água. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 8. BRILHO • É o reflexo da luz natural nas superfícies do mineral. • Pode ser metálico ou não metálico. • O brilho metálico é próprio dos metais como pirita, galena ou ouro • O brilho não metálico pode receber as demais denominações da tabela: ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS NÃO METÁLICOS ADAMANTINO Ex: Diamante Ex: Talco NACARADO RESINOSO Ex: Wulfenita VÍTREO Ex: Berilo e Quartzo A grande maioria das gemas apresenta brilho vítreo 8. BRILHO ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS METÁLICO SUBMETÁLICO Ex: Galena Ex: Cromita METÁLICOS 8. BRILHO ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 9. COR Depende da absorção seletiva da luz, restando a fração transmitida e fração refletida. ALGUNS MINERAIS QUE NÃO MUDAM DE COR ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS COR ���� ALGUNS MINERAIS QUE MUDAM DE COR ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS COR DO TRAÇO ���� Depende da cor do pó fino do mineral deixado sobre uma superfície - porcelana. ���� PROPRIEDADES DOS MINERAIS 10. PROPRIEDADES ELÉTRICAS E MAGNÉTICAS Piroeletricidade – propriedade que certos minerais possuem de transmitir eletricidade quando sujeito a 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. Os únicos minerais que são atraídos por um campo magnético são: - Magnetita (Fe3O4) - Pirrotita (FeS) Pirrotita Magnetita ���� IDENTIFICAÇAO DOS MINERAIS E MATERIAIS UTILIZADOS Materiais para determinação macroscópica: • Placa de vidro; • Martelo; • Placa de porcelana fosca; • Estilete de aço; • Imã; • Lupas de mão (aumento 10x); • Reagentes (HCl); • Manual de determinação de minerais. ���� CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS São grupos de minerais que compõem a maioria da mineralogia das rochas. São aqueles minerais que definem, classificam e caracterizam uma rocha. MINERAIS ESSENCIAIS (PRINCIPAIS) ���� MINERAIS ACESSÓRIOS ���� São grupos de minerais que participam das rochas como elementos menores ou traços. Geralmente são os minerais que definem características tecnológicas e econômicas específicas de uma formação rochosa. Ocorrem em percentagem pouco significativa e não influem na classificação da rocha. ATENÇÃO para não confundir com os minerais secundários que nos solos se originam da intemperização dos minerais primários das rochas (TANTO OS ESSENCIAIS QUANTO ACESSÓRIOS). A presença de minerais primários nos solos confirma QUE o ambiente é de baixo grau de intemperismo. São os minerais mais comuns na crosta (60%), geralmente apresentam cores claras, duas direções de clivagem bem definidas e contornos normalmente regulares. KAlSi3O8 (feldspato potássico ou ortoclásio – cor rosa, mais resistentes, presente em GRANITOS), NaAlSi3O8 e CaAlSi2O8 (plagioclásios – cor cinza, menos resistentes a alterações – intemperismo, presente em BASALTOS), sua alteração costuma produzir minerais de argila (os plagioclásios alteram-se para CAOLINITA), sendo comuns nas rochas ígneas e metamórficas, nas sedimentares normalmente se encontram alterados, possuem dureza 6. MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� FELDSPATOS (ALUMINOSSILICATOS) ���� QUARTZO ���� Quimicamente SiO2, possui hábito prismático piramidal hexagonal, sem clivagem e com fratura conchoidal (abaulada), duro - dureza 7, ocorrendo em quase todo tipo de rocha. Nas rochas, o quartzo não apresenta geralmente forma própria, ocupando os espaços deixados por outros minerais. Como é transparente, mostra aparentemente a cor dos outros minerais. É distinguido pelo brilho vítreo. Comum nas rochas sedimentares, graças à sua alta resistência química e física. Nas rochas graníticas o quartzo é um mineral de fácil reconhecimento, pois se assemelha ao vidro quebrado. Apresentam-se como lâminas longas de terminações irregulares, com clivagem em duas direções, e seção hexagonal (prismas). Comuns nas rochas magmáticas e metamórficas. Cores escuras. Aparecem como pontos pretos nas rochas. São silicatos de ferro e magnésio (ferromagnesianos). Alguns anfibólios apresentam hábito fibroso, donde também se extraem fibras para o amianto. Os piroxênios alteram-se para ESMECTITA (argilomineral secundário expansivo). ANFIBÓLIOS E PIROXÊNIOS ���� MICAS (FILOSSILICATOS PRIMÁRIOS: MUSCOVITA e BIOTITA)���� São filossilicatos - forma lamelar (folhas/placas), decorrência de uma direção de clivagem perfeita, com hábito foliáceo. São elásticos. Ocorrem principalmente nas rochas ígneas e metamórficas, alterando-se com certa facilidade em argilominerais. Dureza 2. As micas mais comuns são a muscovita (prateada ou transparente – K) nas rochas, geralmente aparecem como placas brilhantes. Os filitos e mica-xistos possuem mica finamente granulada que lhes confere o brilho característico. A muscovita é comum em rochas metamórficas, pegmatitos, micaxistos, quartzitos e gnaisses e as vezes em sedimentos, pelo fato de ser um mineral quimicamente estável. Já a biotita (preta – Fe e Mg) é encontrada em rochas ígneas ácidas (granitos, riólitos) e intermediárias (dioritos e andesitos), em xistos e gnaisses (metamórficas). Altera-se em mineral secundário chamado clorita (xistos verdes) flexível porém não elástico. MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� Com fórmula (MG, Fe)2SiO2 (ferromagnesianos), 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 (pedra que ferve, porosa). OLIVINA (PERIDOTO) ���� CALCITA E DOLAMITA ���� Pertencentes ao grupo dos carbonatos, apresentam fórmulaCaCO3, apresentando formas romboédricas com clivagem boa em três direções e baixa dureza (3). Cores claras como branco e rosa ou incolor. 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). Ocorre em sedimentos, rochas metamórficas (mármore) e veios. MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� 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 (70% Fe) – traço vermelho sanguíneo. Dureza 5,5 a 6,5. Granular, compacta ou micácea. Ocorrência: forma os principais depósitos ferríferos brasileiros (itabirito). Ocorrem também como pigmento vermelho)o (óxidos de fer comum nos sedimentos e solos. HEMATITA ���� MAGNETITA ���� Forma octaédrica, brilho metálico, dureza 6. Apresenta forte magnetismo e composição representada pó Fe3O4 (72% Fe) . Ocorrência: acessório comum em rochas magmáticas básica, podendo formar corpos volumosos, jazidas, graças a concentração gravitativa após a segregação magmática. A magnetita altera-se diretamente para óxidos de ferro (hematita e goethita). MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� Silicatos hidratados formados pela alteração intempérica de outros minerais, têm forma laminar, são plásticos, colóides eletronegativos, apresentando em partículas só visiveis com microscópio eletrônico. Os minerais da argila dos solos são a caolinita (matéria prima da PORCELANA), a esmectita e a ilita. Também constituem rochas sedimentares como os Pelitos. A caolinita com dureza 2 e clivagem basal, é do tipo 1:1, isto é, possui uma camada tetraédrica de sílica (SiO4) e uma octaédrica de alumina, sendo ESTÁVEL. Já as Esmectitas, também conhecidas como Montmorilonitas, dureza -1, clivagem basal, são do tipo 2:1, isto é, com duas camadas tetraédricas e uma octaédrica de alumina, com elevada área específica (20X maior que Caolinita), sendo instáveis e reativas (DISPERSIVAS e EXPANSIVAS com sua alta plasticidade e capacidade de absorção de água), elevada CTC. Produto de alteração de rochas ígneas, metamórficas e sedimentares em ambiente mal drenado. É o principal e, por vezes, o único constituinte dos basaltos alterados. Propriedades importantes: plasticidade, resistência mecânica (verde e seco), retração linear, compactação e viscosidade. A Ilita tem propriedades intermediárias entre a caolinita e a esmectita. MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� ARGILOMINERAIS (FILOSSILICATOS SECUNDÁRIOS) ���� MINERAIS MAIS FREQUENTES NAS ROCHAS E SOLOS���� ARGILOMINERAIS (FILOSSILICATOS SECUNDÁRIOS) ���� A Caulinita aparece como mineral predominante em ambas as regiões do Estado do RS (Campanha e Planalto), contudo, na Campanha Gaúcha aparecem minerais menos intemperizados do grupo dos 2:1, como a esmectita (PEDRON, 2007). ���� APLICAÇÕES NA ENGENHARIA CIVIL rochas britadas, areia, cascalho, ROCHAS E MINERAIS INDUSTRIAIS���� calcário, argila, gesso gesso e cal argila, feldspato, quartzo, caulim e outros AGREGADOS ���� CIMENTO ���� AGLOMERADOS ���� CERÂMICA ���� areias silicosas e diversos óxidos e carbonatosVIDRO ���� PIGMENTOS ���� minerais de titânio e ferro ���� APLICAÇÕES NA ENGENHARIA CIVIL crisotila, anfibólios, sepiolita e outros ROCHAS E MINERAIS INDUSTRIAIS���� grafite, caulim, talco pedra-pomes, perlita, vermiculita caulim, talco, carbonato de cálcio FIBROCIMENTOS ���� LUBRIFICANTES ���� ELEMENTOS LEVES OU ISOLANTES ���� CARGAS DE TINTAS OU PAPEL ���� ABRASIVOS ���� diamante e quartzo
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