Aula3 – Rochas e Solos Minerais

ROCHAS E SOLO
MINERAIS
Propriedades Físicas
ENG1202- GEOTÉCNICA
13/03/2012
Prof. Patrício Pires – [email protected]
Introdução.
Rochas por definição: Produtos consolidados, resultantes da
união natural de minerais.
Mineral, Rocha ou Pedra?
Minerais formam as rochas. Mas podem existir as rochas
monominerais. Assim se confunde mineral com rocha. Ex.:
Quartzito, Ouro, Prata.
Pedra????????????????? SÓ PRECIOSAS
 Solo: É o produto da degradação das rochas por agentes
intempéricos (físicos e químicos) que formam os perfis de solo
ou perfis de alteração.
Solo, terra, areia, barro?
Solo

Introdução

Solo sobre diferente definições:
 Agrônomo;
 Geólogo;
 Engenheiro
civil;
 Minha definição
 Desagregou
ao golpe do martelo é solo.
Definições

Na Engenharia Civil rochas e solos constituem os
elementos onde são instaladas as obras de
engenharia.
Túnel Rebouças
Túnel dos Gaviões
Definições
Furo direcional GASDUC III
Definições

Rochas e solos também são utilizados como como
materiais de construção.
 De
forma natural:
 De forma beneficiada:
 De forma industrializada:
Definições
Pedreira Estrela – São Gonçalo - RJ
Rochas Magmáticas

Pedra Pomes
Granito
Rochas Magmáticas

Diabásico Stonehenge, situado no sul da Inglaterra
Mármore (Metamórfica)
Mármore (Metamórfica)
Rocha Sedimentar
Limestone
Definições

Rochas e solos Também estão envolvidos em
fenômenos naturais, muitas vezes catastróficos:
 Escorregamentos:
 Erosão:
 Assoreamentos:
Erosão
A diagênese é um conjunto de processos ou transformações
químicas, físicas e biológicas que ocorrem em um material
sedimentar após a sua deposição, em condições de aumento de
pressão e temperatura.
Definições

Mineral é uma substância sólida cristalina
natural, inorgânica e homogênea, que possui
composição química definida e estrutura atômica
característica.
 Cristalina:
arranjo interno ordenado em átomos.
Definições

Minerais são elementos ou compostos químicos com
composição definida dentro de certos limites, cristalizados
e formados naturalmente por meio de processos
inorgânicos.
Calcita
Biotita
Quartzo
Definições

Composição Química
 Fixa
 Varíavel
Definições

A maior parte dos minerais são compostos químicos,
mas alguns, incluindo ouro e prata, são constituídos de
um único elemento e são chamados de elementos
nativos.
Compostos: Quartzo (SiO2)
 Nativos: Ouro (Ag)



A maioria dos mais de 3.500 minerais conhecidos são
silicatos. Silicatos ferromagnesianos contêm ferro (Fe)
e magnésio (Mg), e os não-ferromagnesianos não
contêm esses elementos.
Além dos silicatos, vários outros grupos de minerais são
conhecidos, incluindo elementos nativos e carbonatos.
Definicões

Curiosidade:
 Os
minerais muitas vezes sempre os associamos a
minerais preciosos ou pedras preciosas (GEMSTONES
ou PRECIOUS STONES);
 O importante em uma pedra preciosa é a beleza, o
brilho, durabilidade, cor e a escassez (raridade).
 Os diamantes quase incolores são valorizados pelo seu
brilho.
 Normalmente
avaliados em função de sua cor,
transparência (falta de defeitos internos) e peso.

Peso medido em quilates (1 quilate = 200 miligramas)
Definições
Curiosidade:



Quilates aplicado a OURO
Aplicado a ouro, o quilate é uma medida de
pureza do metal, e não de massa.
É a razão entre a massa de ouro presente e a
massa total da peça, multiplicada por 24.
O ouro puro tem 24 quilates.
 16 quilates = 16/24 = 67% de ouro (também
chamado de ouro 670)
 18 quilates = 18/24 = 75% de ouro (também
chamado de ouro 750)
Definições
Quanto ao termo “cristalizado”, refere-se ao arranjo
interno tridimensional para os minerais. Os átomos
constituintes de um mineral encontram-se distribuídos
ordenadamente, formando uma rede tridimensional,
denominada de retículo cristalino.
Calcita
Quartzo
Biotita
Definições
Para estudarmos a cristalografia dos minerais, fazemos
uso da simetria cristalográfica, através do uso de
elementos abstratos (planos, eixos e centro) e suas
respectivas operações de simetria (reflexão, rotação e
inversão).

Na natureza existem 32 graus de simetria, agrupados de
acordo com a similaridade de seus elementos de simetria
em sete sistemas cristalinos, sendo:

Sistemas cristalinos
Identificação dos minerais

Para a identificação dos minerais através de suas
propriedades físicas e morfológicas, utiliza-se
características como: hábito (forma), transparência,
brilho, cor, traço, dureza, fratura, clivagem,
densidade relativa, geminação e propriedades
elétricas e magnéticas.
Lupa
Canivete
Propriedades físicas


Hábito (Forma): Forma geométrica externa,
habitual, exibida pelos cristais dos minerais, que
reflete a sua estrutura cristalina.
Tipos: Laminar, prismático, cúbica, fibroso, acicular (forma
de agulha), tabular.
Quartzo – Hábito prismático
Crocoíta – Hábito acicular
Propriedades físicas
Pirita (FeS2) – Hábito cúbico
Halita (NaCl) – Hábito cúbico
Propriedades físicas
Propriedades físicas

Transparência:
 Transparentes:
minerais que não absorvem ou absorvem
pouco a luz.
 Translúcidos: minerais que absorvem consideravelmente a
luz.
 Opacos: minerais que absorvem totalmente a luz.
Quartzo transparente
Quartzo translúcido
Propriedades físicas
Pirita - opaca
Plagioclásio - Translúcido
Propriedades físicas


Brilho: Trata-se da quantidade de luz refletida
pela superfície de um mineral.
Duas categorias principais:


Metálicos: refletem mais de 75% da luz incidente.
Não metálicos.
Galena – Brilho metálico
Topázio – Brilho vítreo
Brilho
Brilho
Ou apenas metálico
Propriedades físicas
Brilho
Propriedades físicas



Cor: A cor exibida por um mineral é o resultado da
absorção seletiva da luz.
Os principais fatores que colaboram para a absorção
seletiva são a presença de elementos químicos como Fe,
Cu, Ni, V e Cr e defeitos na estrutura atômica.
Minerais: Idiocromáticos (possuem uma coloração própria) e
alocromáticos (não apresentam sempre a mesma cor).
Obs.:
Os Silicatos ferromagnesianos são normalmente pretos,
marrons ou verde-escuros.
Os Silicatos não ferromagnesianos raramente são
somente escuros.
Propriedades físicas
Granada - Idiocromático
Quartzo - Alocromático
Propriedades físicas

Traço: Trata-se da cor do pó do mineral, sendo
obtida riscando o mineral contra uma placa ou um
fragmento de porcelana de cor branca.
Magnetita – traço preto
Hematita – traço vermelho
Propriedades físicas

Dureza: É a resistência que o mineral apresenta ao
ser riscado. Para a classificação utiliza-se a escala
de Mohs, que utiliza como parâmetros a dureza de
minerais comuns, variando de 1 até 10.
Talco – Dureza 1
Diamante – Dureza 10
Propriedades físicas
Escala de Mohs e padrões secundários
Mineral Padrão Dureza
Padrão secundário
talco
1
gipsita
2 unha (2,5)
calcita
3 alfinete (3,5)
fluorita
4
apatita
5 lâmina de aço (5 - 5,5)
ortoclásio
6
quartzo
7 porcelana (~7)
topázio
8
coríndon
9
diamante
10
1e2
Aço ou vidro
3 Lamina de cobre
4e5
Aço ou vidro
6 a 10
Não é riscado
pelo aço ou
vidro
Propriedades físicas


Clivagem: Tendência de um mineral quebrar ao longo
de planos de fraqueza.
Produz superfícies lisas e brilhantes.
Calcita - Romboédrica
Galena - Cúbica
Fluorita - Octaédrica
Clivagem
Clivagem
Clivagem
Clivagem
Clivagem
Propriedades físicas

Fratura: Superfície irregular e curva resultante da
quebra do mineral. É controlada pela estrutura
atômica interna do mineral, podendo ser irregular
ou conchoidal.
Quartzo – Fratura conchoidal
Propriedades físicas

Densidade relativa: É o número que indica quantas
vezes certo volume de mineral é mais pesado que o
mesmo volume de água a 4 ºC. Na maioria dos
minerais, a densidade relativa varia entre 2,5 e 3,3.
Cassiterita – (SnO2)
Densidade relativa – 6,8 – 7,1
Propriedades físicas


1.
Densidade: a densidade absoluta ou massa volúmica
(g/cm3) de uma substância depende da natureza das
partículas (átomos ou ions) que constituem o mineral e
do tipo de arranjo dessas partículas (estrutura cristalina).
Pode ser determinada:
colocando-se uma amostra do mineral dentro de uma
proveta com água, sendo a subida da água
correspondente ao volume da amostra. Para determinar a
massa da amostra utiliza-se uma balança.
Massa volúmica = M/V
Propriedades físicas

Geminação: É a propriedade de certos cristais
de aparecerem intercrescidos de maneira regular.
Estaurolita – Geminação simples em cruz
Labradorita – Geminação polissintética
Propriedades físicas

Propriedades Elétricas: Muitos minerais são maus
condutores de eletricidade. Exceções a esta regra
são os minerais nativos ouro, prata e cobre, que são
excelentes condutores. Os sulfetos são considerados
semicondutores.
Sulfeto – Semicondutor de eletricidade
Ouro – Bom condutor de eletricidade
Propriedades físicas

Propriedades Magnéticas: Alguns minerais são
classificados como magnéticos, como é o caso da
magnetita e a pirrotita, pois geram um campo
magnético em sua volta com intensidade variável.
Magnetita
Pirrotita
Propriedades químicas

Há também propriedades químicas dos minerais:

· Teste do sabor salgado para a determinação da
presença da halite (NaCl).

· Teste da efervescência pelo contacto com um ácido. Por
exemplo, carbonatos como a calcite reagem com os ácidos
libertando CO2, o que provoca efervescência. Este
fenómeno ocorre a frio em determinados minerais e a
quente noutros.

· Teste do cheiro – por exemplo, o argilito e argilas
cheiram a barro quando bafejados.
Classificações dos minerais



Existem mais de 3.500 minerais naturais.
20 são comuns na crosta.
92 elementos químicos diferentes poderiam ser
combinados em um grande número de minerais.
limitam: quimicamente impossíveis
compostos formados apenas por: Potássio e sódio,
silício e ferro.
 Fatores

As espécies minerais são agrupadas em classes
minerais com base no ânion ou radical aniônico
dominante em sua fórmula química.
Classificação dos minerais
Distribuição relativa dos minerais na crosta
epidoto, cianita,
andaluzita, silimanita,
granadas, zeólitas olivina
2%
3%
Carbonatos, Óxidos,
Sulfetos, Halóides
3%
Micas, clorita,
argilominerais
10%
Quartzo
11%
Piroxênios e anfibólios
13%
Feldspatos
58%
Distribuição relativa dos minerais na crosta
Porque os silicatos são mais abundantes?

Mais de 98 % da crosta terrestre é composta por:
 O,

Si, Al, Ca, Fe, Mg, Na e K.
O e Si representam 84% de átomos disponíveis e
74% do peso da terra
Silicatos
Silicatos
Organização dos
tetraedros de SiO4
Exemplos
Nesossilicatos
(Tetraedos isolados)
Olivina
Sorossilicatos
(Tetraedros em pares)
Epidoto
 Constituinte básico: SiO4
Ciclossilicatos
(Tetraedros em anéis)
Berilo
Cadeias simples
Piroxênio
Inossilicatos
Cadeias duplas
Anfibólio
Filossilicatos
(Tetraedros em folhas)
Muscovita
Tectossilicatos
Quartzo
Nesossilicatos
•Fórmula química: Al2SiO5
• Hábito: tabular, fibroso;
• Clivagem: boa em duas direções;
• Dureza : 4 a 5 segundo o comprimento maior
e 6 a 7 perpendicular;
• Densidade relativa: 3,56 a 3,66;
• Brilho: vítreo, nacarado;
• Cor: Azul, verde, branca, preta e cinza;
• Traço: branco ;
• Transparência: translúcido a transparente.
Cianita
Nesossilicatos
• Fórmula Química: Al2SiO4(OH,F)2
• Hábito - Prismático
• Clivagem - Excelente em {001};
• Dureza - 8
• Densidade relativa - 3,4 - 3,6;
• Fratura – Conchoidal, irregular;
• Brilho - Vítreo;
•Cor – Incolor, branco, amarelo-vinho, amarelopalha, cinza, verde, azul, vermelho.
• Traço: branco;
• Transparência: transparente, translúcido.
Topázio
Sorossilicatos
•Fórmula Química: (Ca,Na,Fe)Al2O.Si3O11OH);
• Hábito: prismático, acicular, maciço;
• Clivagem:basal perfeita;
• Dureza: 6,5;
• Densidade Relativa: 3,5;
• Fratura:planar, regular;
• Brilho: vítreo;
• Cor:verde, verde amarelado, verde
amarronzado, preto, amarelo, cinza;
• Traço: branco acizentado;
• Transparência: transparente, translúcido
Epidoto
Ciclossilicatos
•Hábito: prismático estriado;
• Clivagem: ruim a não existente;
• Dureza: 7 a 7,5;
• Densidade Relativa: 3 a 3,25;
• Fratura: subconchoidal;
• Brilho:vítreo a resinoso;
• Cor: incolor, azul, verde, vermelha, cor de
rosa, preta, bicolor
• Traço:branco, marrom, cinza, dependendo da
variedade
• Transparência: transparente a translúcido
Turmalina
Na(Fe,Mn)3Al6B3Si6O27(OH,F)4
Ciclossilicatos
•Fórmula Química: Cu2H2Si2O5(OH)4;
• Hábito: Criptocristalino, terroso, botroídal ;
• Clivagem: Ausente;
• Dureza: 2 a 3,5;
• Densidade Relativa: 2 a 2,4;
• Fratura: Conchoidal;
• Brilho: Lustroso, vítreo, terroso;
• Cor: Verde, verde azulado a azul;
• Traço: branco esverdeado;
• Transparência: translúcida a opaca
Crisocola
Inossilicatos
•Hábito: Prismático, tabular ;
• Clivagem: Boa em {110};
• Dureza: 5 a 6,5 ;
• Densidade Relativa: 3,2 a 3,6;
• Brilho: Lustroso, vítreo;
• Cor: Verde, marrom escuro;
• Traço: Verde acizentado;
• Transparência: Opaco.
Piroxênio
(Ca, Mg, Al )2(Si,Al)2O6
Inossilicatos
•Fórmula Química: (Ca,Na)2(Mg,Fe)5(Si,Al)8O22(OH)2
• Hábito: prismático, fibroso, tabular ;
• Clivagem: Perfeita segundo duas direções formando
losangos;
• Dureza: 2 a 5;
•Densidade: 2,98 a 3,1;
• Brilho:Vítreo a sedoso;
• Cor: verde, verde escuro, cinza esverdeado, preto, branca
• Transparência:translúcido a transparente
• Traço:branco.
Anfibólio - Actinolita
Filossilicatos
•Fórmula Química: Mg6(Si8O20)(OH)4
•Hábito: lamelar, maciço;
• Clivagem: boa, semelhante às micas;
• Dureza: 1,0;
• Densidade:2,7 a 2,8;
• Brilho: Nacarado a gorduroso;
• Fratura: Irregular
• Cor:cinza, verde claro, prateado;
• Transparência: translúcido;
• Traço: incolor .
Talco
Filossilicatos
Lepidolita
•Fórmula Química: K2(Li,Al)5-6Si6-7Al2-1O20(OH,F)4
•Hábito:Micáceo;
•Clivagem:tipicamente micácea (perfeita em uma
direção);
• Dureza: 2,5 a 3;
• Densidade:2,8 a 2,9;
• Fratura:irregular;
• Brilho:vítreo a nacarado
• Cor:Rosa, violeta, cinza-amarelada, lilás.
• Transparência:translúcida
• Traço:branco
Tectossilicatos
•Fórmula Química: (Na0,5-0,3,Ca0,5-0,7)Al(Al0,5-0,7,Si0,50,3)Si2O8
•Hábito: Prismático;
•Clivagem: perfeita {010} e {001};
• Dureza: 6 a 6,5;
• Densidade: 2,7;
• Fratura:irregular;
• Brilho:vítreo a nacarado
• Cor: cinza a preta.
• Transparência: translúcida a opaca
• Traço: branco
Labradorita
Tectossilicatos
•Fórmula Química: SiO2
•Hábito: prismático a granular
•Clivagem: não possui
•Brilho: vítreo
•Dureza: 7,0
•Densidade: 2,6 a 2,65
• Fratura: conchoidal (típica)
•Cor:incolor, amarelo, roxo, rosa, branco leitoso,
•Transparência: transparente a translúcido;
•Traço:branco
Quartzo
Elementos Nativos
•Fórmula Química: Cu
•Hábito: São comuns cristais mal formados, em
grupos ramificados e arborecentes, escamas,
placas, fios e massas irregulares;
•Brilho: metálico
•Dureza: 2,5 a 3
•Densidade: 8,8 a 8,94
• Fratura: irregular
•Cor: vermelho cobre
•Transparência: opaco.
Cobre - Cu
Elementos Nativos
•Fórmula Química: S8
•Hábito:cristais comuns, tipicamente piramidais ,
massas irregulares imperfeitamente cristalizadas;
•Brilho: resinoso;
•Dureza: 1,5 a 2,5;
•Densidade: 2,05 a 2,09;
• Fratura: conchoidal a irregular;
•Cor: Amarelo enxofre.
• Transparência: transparente a translúcido;
• Traço: branco
Enxofre -
Sulfetos
 Grupo formado pelos compostos do íon sulfeto (S2-) com cátions metálicos
•Fórmula Química: FeS2
•Hábito: cúbico com faces estriadas, octaédrico
•Clivagem: fraca
•Brilho: metálico
•Dureza: 6,5
•Densidade: 5,1
• Fratura: conchoidal, irregular
•Cor: amarelo metálico, amarelo bronze
•Transparência: opaca;
•Traço: preto esverdeado
Pirita
Sulfetos
•Fórmula Química: CuFeS2
Hábito: Maçico, compacto, tetraédrico
•Clivagem: fraca
•Brilho: metálico
•Dureza: 3,5 a 4
•Densidade: 4,1 a 4,3
•Cor: amarelo
•Transparência: opaca;
•Traço: preto esverdeado
Calcopirita
Óxidos

Constituinte básico: (O2-)
•Fórmula Química: Fe3O4
Hábito: típicos cristais octaédricos e
aglomerados maciços.
•Clivagem: ausente
•Brilho: metálico em superfície fresca
•Dureza: 5,5 a 6
•Densidade: 5,1
• Fratura: subconchoidal
•Cor: preta
•Transparência: opaca;
•Traço: preto.
Magnetita
Hidróxidos

Constituinte básico: (OH-)
•Fórmula Química: (Fe(OH)3.nH2O)
Hábito: Estalactítico, botrioidal, mamelonar,
fibroso, maciço, terroso;
•Clivagem: ausente
•Brilho: submetálico a fosco;
•Dureza: 5 a 5,5
•Densidade: 3,3 a 4,3
• Fratura: Conchoidal
•Cor: preta, amarela, marrom
•Transparência: opaca;
•Traço: ocre, marrom .
Limonita
Halóides
 Caracterizam-se pela combinação dos íons halogênicos eletronegativos
Cl-, B-, F- e I- com metais e metalóides.
•Fórmula Química: (CaF2)
•Hábito: cristais cúbicos, maciço;
•Clivagem: perfeita segundo quatro direções
•Brilho: vítreo, gorduroso;
•Dureza: 4
•Densidade: 3,18
•Cor: branco, verde, azul, violeta, amarelo e
vermelho
•Transparência: transparente, translúcida ;
•Traço: branco.
Fluorita
Halóides
•Fórmula Química: (NaCl)
•Hábito: Maciço, granular;
•Clivagem: Cúbica perfeita;
•Brilho: vítreo, ceroso;
•Dureza: 2,5
•Densidade: 2,16;
•Cor: Incolor, branco, azul, amarelo;
•Transparência: transparente, translúcida ;
•Traço: branco.
Halita
Carbonatos
 Constituinte básico: (CO32-)
Calcita
•Fórmula Química: (CaCO3)
•Hábito: Romboédrico, granular, sacaroidal,
prismática;
•Clivagem: 3 direções de clivagem
proeminentes, dando origem a formas
romboédricas ;
•Brilho: vítreo, resinoso;
•Dureza: 3
•Densidade: 2,71
• Fratura: Irregular
•Cor: incolor, branca, azul, amarela, vermelha,
cinza ;
•Transparência: transparente a translúcido ;
•Traço: branco.
Carbonatos
•Fórmula Química: Cu2CO3(OH)
•Hábito: Botrioidal, acicular, maciço
•Clivagem: boas em duas direções;
•Brilho: vítreo, nacarado, adamantino ;
•Dureza: 3,5 a 4
•Densidade: 3,7 a 4,1
•Cor: Verde escuro, verde claro ;
•Transparência: subtranslúcido a opaco ;
•Traço: verde claro .
Malaquita
Nitratos
 Constituinte básico: (NO3-)
•Fórmula Química: (NaNO3)
•Hábito: Granular, maciço.
•Clivagem: Perfeita em uma direção;
•Brilho: vítreo;
•Dureza: 1,5 a 2
•Densidade: 2,24 a 2,29
•Cor: Incolor, branco;
• Transparência: Transparente;
• Traço: branco
Nitratina
Sulfatos
 Constituinte básico: (SO42-)
•Fórmula Química: (BaSO4)
•Hábito: tabular, maciço
•Clivagem: Perfeita em duas direções;
•Brilho: vítreo;
•Dureza: 3 a 3,5
•Densidade: 4,48
• Fratura: Irregular;
•Cor: branco, verde, cinza;
•Transparência: Transparente, translúcido;
•Traço: branco .
Barita
Fosfatos
 Constituinte básico: (PO43-)
•Fórmula Química: (Ca5(PO4)3(OH,F,Cl))
•Hábito: maciço, prismático
•Clivagem: indistinta;
•Brilho: vítreo;
•Dureza: 5
•Densidade: 3,19
• Fratura: Conchoidal;
•Cor: branco, amarelo, verde, azul,vermelho,
marrom;
•Transparência: Transparente, translúcido;
•Traço: branco .
Apatita
Principais tipos de minerais
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Quartzo
Feldspatos
Micas
Calcita
Dolomita
Gipsita
Argilo minerais
RESUMO
1.
2.
3.
4.
5.
Os minerais são sólidos cristalinos que ocorrem
naturalmente e têm propriedades físicas e químicas
definidas;
A maior parte dos minerais são compostos químicos;
Diferença entre minerais e rocha: a maioria das
rochas são compostas de vários minerais
A maior parte dos minerais são silicatos, mas há
outros grupos;
Minerais são recursos naturais importantes a
sociedade.