Argilo-minerais e sua composição

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Argilo-minerais
Geologia de Engenharia III
ENG05103
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„ Na crosta terrestre, 10 elementos são 99% da composição 
das rochas
„ O (46.6); Si (28.2); Al (8.2); Fe (5.6); Ca (4.2)
„ Na, K, Mg, Ti, P
„ Os silicatos são os minerais mais abundantes (SiO4)-4
Introdução
Si
O
OO
O
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Composição em termos 
granulométricos
Pedregulhos
Areia
Silte
Argila (argilo-minerais)
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Pedregulhos, Areias e Silte
„ Constituídos de minerais resistentes ao 
intemperismo (quartzo, turmalina, ilmenita), 
parcialmente intemperizados (feldspatos (K), micas e 
ferrosos) e fragmentos de rocha.
„ Ferrosos: hematita, magnetita, limonita e goetita
„ Dependendo do grau de alteração dos fragmentos a 
resistência mecânica do solo pode variar
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Fração argila
„ Fração do solo com partículas inferior a 0.005mm (2µm)
„ Formado por substâncias inorgânicas e orgânicas
… argilo-minerais, outros minerais não argilosos (hidróxidos de Fe e 
Al, quartzo, mica, feldspatos, calcita)
… húmus e microorganismos
„ A fração argila é formada praticamente de argilominerais
„ Adquiri plasticidade em contato com a água
„ Dois solos com a mesma granulometria, partículas da 
mesma forma e estruturas semelhantes podem 
apresentar comportamento distinto, devido a diferença 
da composição mineralógica
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Todo argilo-mineral é uma argila, mas nem 
toda a argila é um argilo-mineral
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Argilo-minerais
„ Constituintes principais dos solos
„ Silicatos hidratados de alumínio (Al4[Si4O10](OH)8)
„ Os argilo-minerais são formados basicamente por 
camadas de sílica (SiO2) e hidróxido de alumínio 
(Al2(OH)3)
„ Filossilicatos 
„ Apresentam plasticidade, absorção de água e troca 
catiônica
„ Tamanho menor 2µm
„ A camada de sílica une-se a camada de alumina pela 
camada de oxigênio e hidroxila
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„ São colóides eletronegativos com capacidade de 
absorção de retenção de água
„ Troca de cátions e ânions
„ Susceptíveis de disapersão e floculação
„ Poder tamponizante
„ Plasticidade, tenacidade no estado seco
„ Variação de volume conforme o teor de água
„ Ligação com substâncias orgânicas
Argilo-minerais...
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Argilo-minerais...
„ Estrutura lamelar, alternando folhas de tetraedros de 
sílica e folhas de octaedros de alumínio que pode ser 
substituído por Fe, Mg, Mn, etc.
„ As argilas podem ser classificadas em função do 
número de camadas tetraédrica e octaédricas
… 1:1 – uma tetraédrica e uma octaédrica
… 2:1 – duas tetraédricas e uma octaédrica
„ Os argilo-minerais mais comuns são:
… Caulinita, esmectitas e ilitas
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Determinação do argilo-mineral
„ Química, capacidade de troca de cátions, análise 
térmica diferencial, microscopia eletrônica e difração de 
raio-x
„ Difração de raio-x a partir do valor medido da distância 
interplanar basal de cada tippo de argilo-mineral
„ Registro gráfico
„ difratograma
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Distância 
interplanar
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Difratograma 
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Estrutura interna, substituição 
isomórfica e propriedades
„ Caulinita
„ Haloisitas
„ Micas hidratadas
„ Esmectitas
„ Vermiculitas
„ Cloritas
„ Argilas de camadas mistas
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Caulinita
„ Al4[Si4O10](OH)8
„ Empilhamento regular de camadas 1:1
„ Uma folha de sílica (SiO4) e uma folha de gibsita 
Al2(OH)6
„ Baixa capacidade de troca catiônica
„ Menor plasticidade entre as argilas devido a forte 
ligação entre as camada no plano de clivagem
„ Fireclay mineral (argila refratária) é a caulinita mal-
cristalizada
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Haloisita
„ Estrutura cristalina semelhante a caulinita
„ Camadas sucessivas estão deslocadas aleatoriamente 
ao longo das direções dos eixos a e b
„ Forma tubular
„ Duas formas de haloisitas:
… Haloisita-2H2O (meta-aloisita)
… Haloisita-4H2O (endelita)
„ Al4[Si4O10](OH)8
„ Al4[Si4O10](OH)8.4H2O
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Crisotila
„ Forma polimorfa do mineral serpentina
„ Estrutura cristalina semelhante a caulinita
„ Apesar do aspecto fibroso e crisotila é um filossilicato 
lamelar
„ Mg6Si4O10(OH)8
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Esmectitas 
„ Estrutura de duas folhas de silicato tetraédricas e uma 
folha octaédrica central (2:1)
„ Unidas por oxigênios comuns as folhas
„ Montmorilonita, beidelita, nontronita, volconscoíta, 
saponita, sauconita, hectorita
„ Substituição isomórficas do alumínio por silício no 
tetraedro
„ Substituição do alumínio, ferro e magnésio no octaedro
„ As camadas sucessivas são ligadas por ligações fracas
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Esmectitas... 
„ Moléculas de água ou moléculas polares de espessura 
variável
„ Quando a esmectita (montmorilonita) são colocados em 
água, os cátions trocáveis se hidratam e são mais 
sucetíveis a trocas
„ A espessura interlamalar varia com a qualtidade de 
água disponível e das moléculas polares, sem alterar o 
valor da reflexão
„ Fórmula geral 
(1/2Ca,Na)0,7(Al,Mg,Fe)4(Si,Al)8O20(OH)4.nH2O
„ Substituição isomórfica
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Esmectitas... 
„ Devido a fraca ligação entre as camadas, presença de 
água e a substituição isomórfica a clivagem entre as 
camadas é fácil
„ Prpriedades de plasticidade e coloidais
„ Grandes variações nas propriedades físicas
„ Cátions Na, K, Li e NH4
„ É a única argila expansiva (+vermiculita)
„ Diferença entre disperção e expanção
„ Bentonitas são esmectitas provenientes de alteração de 
cinzas vulcânicas
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Esmectitas... 
„ Pag 60 e 61
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Ilita ou mica-hidratada
„ Micas que gradam em direção a argilas
„ Fórmula geral: K1-1,5Al4[Si7-6,5Al1-1,5O20](OH)4
„ Estrutura semelhante a esmectita (2:1)
„ Difere por haver maior substituição do alumínio por sílica
„ Difere da muscovita por ter mais sílica e menos potássio
„ Potássio interlamelar impede a entrada de água na 
estrutura e cátions
„ Não expansiva
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Ilita ou mica-hidratada...
„ Pag 60, 61 e 62
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Ilita ou mica-hidratada...
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Clorita
„ Estrutura cristalina da clorita é por camadas alternadas 
estruturais do tipo da mica (2:1) e de brucita (MgOH)
„ O Mg é substituído por Al e Fe
„ Fórmula geral: (Mg,Al,Fe)12(Si,Al)8O20(OH)16
„ Pode ser encontrada nas rochas vulcânicas e 
metamórficas e como argilas em sedimentos argilosos
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Clorita...
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Vermiculita
„ Apresenta semelhanças estruturais com clorita e 
montmorilonita
„ A água interlamelar existe como na montmorilonita e o 
mineral pode expandir até certo limite
„ Biotita tratada com cloreto de magnésio em solução 
aquosa por longo período se transforma em vermiculita
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Argilas de camadas mistas
„ Argilo-minerais que 
ocorrem na natureza em 
unidades compostas
„ Ilita, montmorilonita, clorita 
e vermiculita
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Sistema argila-água
„ Fase dispersa é um sólido
„ Fase dispersante é um líquido (água)
„ Grau de dispersão:
… Grosseira: partículas diâmetro superior 0,1µm, não passam em 
filtro comum, visíveis ao microscópio óptico
… Coloidal: partículas diâmetro entre 0,1µm e 0,001µm, passam 
em filtros comums, mas não em ultra-filtros, invisíveis ao 
microscópio óptico, visíveis ao microscópio eletrônico, sóis, 
gelatinas, géis
… Dispoersões moleculares: partículas diâmetro inferior 0,001mm, 
passam em ultra-filtros, invisíveis ao microscópio eletrônico
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Sistema argila-água...
„ Argilo-minerais são microcristais em forma de colóides 
ou suficientemente grandes para serem vistos ao 
microscópio ótico
„ Moer uma argila significa destruir agregados naturais 
para aumentar a área específica
„ 10m2/g para caulinitas
„ 200m2/g para esmectitas
„ Facilitam a troca de íons e penetração de água na 
estrutura
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Sistema argila-água...
„ Dimensões:
… Caulinita: placa hexagonais de 0,1µm a 3µm de diâmetro
… Haloisista: tubos 0,2µm de diâmetro externo e alguns 
micrômetros de comprimento
… Montmorilonita: placas irregulares com diâmetos inferior a 1µm, 
podendo chegar a 10A
… Ilita: placas irregularescom diâmetro de 1µm
„ Propriedades importantes: plasticidade, resistência 
mecânica (verde e seco), retração linear, compctação e 
viscosidade
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Sistema argila-água...
„ Propriedades físicas diferentes da água líquida (gelo)
„ Estrutura rígida a partir da superfície do argilo-mineral
„ Depende da natureza do argilo-mineral, dos íons 
adsorvidos na superfície
„ A água está adsorvida na superfície do argilo-mineral na 
forma de oxidrilas e hodroxilas (orientadas)
„ Nas superfícies basais dos cristais
„ A espessura da camada de água rígida pode ser de tres 
ou mais moléculas e a passagem para água líquida 
pode ser brusca ou gradual
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Sistema argila-água...
„ Pode ser eliminada entre 100 e 150°C
„ Classificadas em tres tipos segundo (estrutura do argilo-
mineral):
… Água líquida nos poros, superfície e nas arestas
… Esmectitas, vermiculitas, a água se encontra intercalada entre 
as camadas a definem a estrutura do argilo-mineral
… Se encontra dentro dos canais tubulares de unidades estruturais 
fibrilantes (sepiolita e haloisita)
„ No caso de esmectitas e vermiculitas é necessário 
200°C para a retirada total da água intercalada (rapidez)
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Influência dos óxidos e hidróxidos 
absorvidos nas propriedades das 
argilas
„ Agentes dispersantes e floculantes
„ NaOH como defloculante (OH-)
„ Ca e Mg diminuem a espessura da camada de 
água devido a maior carga e pequeno raio 
atômica
„ Na aumenta a espessura na camada de água 
menor carga
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Importância do argilo-mineral e dos 
íons absorvidos nas propriedades 
dos solos
„ Capacidade de troca de íons que estão fixados na 
superfície, entre as camadas e dentro dos canais da 
estrutura cristanlina
„ Podem ser trocados por reação química ou por outros 
íons na solução aquosa
„ Podem ser orgânicos e inorgânicos
„ Sem alteração da estrutura cristalina
„ Influem nas propriedades físico-químicas e tecnológicas 
„ Plasticidade, resistência mecânica (verde e seco), 
viscosidade 
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Cátions absorvidos nas 
propriedades dos solos...
„ Varia de 80 a 150 meq por 100g de esmectita
„ Até 3 a 15 meq por 100g de caulinita
„ É resultado do desequilíbrio de cargas resultante da 
substituição isomórfica na estrutura cristalina, das 
ligações quebradas nas arestas e da substituição de 
hidrogênio e hidroxilas
„ Os íons trocáveis estão geralmente nas arestas
„ Nas esmectitas é devida a substituição isomórfica da 
camada tetraédrica
„ Na caulinita é devida a ligações quebradas
„ Nas ilitas e cloritas é devida a ligações quebradas e a 
troca de íons potássio
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Cátions absorvidos nas 
propriedades dos solos...
„ Cátions em ordem crescente em facilidade:
„ Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+, Mg+2, Ca+2, Sr+2, Ba+2, H3O+
„ Matéria orgânica pode estar presente em argilas sob 
forma de partículas (madeira, folhas, etc) ou sob forma 
de moléculas orgânica adsorvidas nas faces menores 
dos argilo-minerais
„ Colóide protetor
„ Grande papel na propriedade de plasticidade (ball-clay)
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Qualidade das argilas por meio de 
ensaios geotécnicos
„ Comportamento do solo no estado natural 
(indeformado) ou estado deformado
„ Adensamento, permeabilidade, resistência ao 
cisalhamento, resistência à erosão, expansão/contração
„ As propriedades são solicitadas em função do tipo de 
solicitação
„ Pavimentação: compactação, resistência, contração, 
permeabilidade
„ Barragens: compactação, adensamento, 
permeabilidade, resistência ao cisalhamento
„ Fundações: adensamento, colapsividade, resistência
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FIM