- Centro de Tecnologia Mineral

IX SIMPÓSIO DE ROCHAS ORNAMENTAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
USO DA CORRELAÇÃO ENTRE IMAGENS NA CLASSIFICAÇÃO DA
DESCARACTERIZAÇÃO SUPERFICIAL DE ROCHAS ORNAMENTAIS
SUBMETIDAS AO ATAQUE QUÍMICO.
Thiago M. Bolonini1, Antônio M. Godoy2, Lara Cinthia A. S. Bolonini3, Leonardo Luiz L. da Silveira4,
Elton S. dos Santos5
1, 4, 5
Centro de Tecnologia Mineral CETEM/MCTI, Núcleo Regional do Espírito Santo NR-ES, Rodovia
Cachoeiro x Alegre, Km 5, s/nº, Bairro Morro Grande, CEP 29.300-970, Cachoeiro de Itapemirim – ES
(Brasil). [email protected]; www.cetem.gov.br
2
Departamento de petrologia e Metalogenia, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Universidade
Estadual Paulista UNESP, Av. 24-A, nº 1515, C. P. 178, CEP 13506-900, Rio Claro, São Paulo (Brasil).
[email protected]
3
Universidade de Vila Velha UVV, Curso de Geologia, Av. Comissário José Dantas de Melo, nº 21, Bairro Boa
Vista, CEP 29.102-920, Vila Velha – ES (Brasil).
[email protected]
RESUMO
O ensaio de determinação da resistência ao ataque químico simula efeitos de reagentes com os
quais as rochas podem entrar em contato. Para auxiliar na avaliação dos danos causados pelo
ataque químico, este trabalho utiliza imagens digitais dos litotipos e o coeficiente de correlação de
Pearson “ r ” entre elas para classificar seus graus de descaracterização superficial. As rochas
ornamentais estudadas são conhecidas como Butterfly Beige, Butterfly Gold e Butterfly Green e
representam variedades de um quartzo-sienito com hiperstênio. Os reagentes, nas três
variedades, provocaram perdas de brilho entre 7% e 20% ligadas a remoção da camada de resina,
à oxidação de minerais ferromagnesianos como a biotita e o hiperstênio e à remoção do Fe(OH) 2
das fraturas. O método utilizado para classificar o grau de descaracterização mostrou-se uma
ferramenta importante para a quantificação de alterações superficiais nas rochas e mostrou que o
Butterfly Green foi a variedade com a maior descaracterização superficial devido à reação, entre o
HCl e o Fe(OH)2 presente em suas fraturas, que descoloriu a rocha.
PALAVRAS-CHAVE: petrografia, rochas ornamentais, coloração seletiva.
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ABSTRACT
The chemical resistance determination test, simulates de effects caused by reagents with which
can get in contact. To help in the damage caused by chemical attack evaluation, this work uses
digital images of the rock types and the Pearson correlation coefficient "r" between them to
classify their surface discharacterization degree. The studied dimension stones are known as
Butterfly Beige, Gold Butterfly and Butterfly Green and represent varieties of quartz-syenite with
hypersthene. The reagents caused brightness loss between 7% and 20%, for the three varieties,
linked to the removal of the resin layer, to the oxidation of minerals such as biotite and
hypersthene and to the Fe (OH)2 removal of fractures. The method used to classify the degree of
discharacterization proved to be an important tool for the quantification of superficial changes in
dimension stones and showed that the Butterfly Green was the variety with the higher surface
discharacterization due to the reaction, between HCl and Fe (OH)2 present in their fractures which
removed the color of the rock.
KEYWORDS: petrography, dimension stones, surface discharacterization.
1. INTRODUÇÃO
No que tange a alterabilidade, um dos grandes desafios enfrentados é quantificar e
classificar a descaracterização causada pelas alterações ocorridas na superfície de uma
determinada rocha (polida ou não). Para auxiliar na interpretação e quantificação dessas
alterações este trabalho busca, com o uso de imagens, quantificar as descaracterizações estéticas
superficiais dos litotipos comercialmente conhecidos como Butterfly Beige, Butterfly Gold e
Butterfly Green, frente ao ensaio de determinação da resistência ao ataque químico, com base em
medições diretas de brilho e no coeficiente de correlação linear de Pearson, calculados a partir de
imagens das rochas ao natural e imagens obtidas após o ataque químico.
Nas rochas ornamentais a análise de imagens vem sendo utilizada, em diversas escalas, como
ferramenta para quantificar alterações causadas por fenômenos físicos e/ou químicos decorrentes
de intempéries (VAZQUEZ, 2011; TORQUATO et al., 2008), para auxiliar na visualização dos
resultados de suas análises e para especificação desses materiais rochosos (AIRES-BARROS et al.,
1991; MOTOKI et al., 2006; GOKAY e GUNDOGDU, 2008; FIGUEIREDO et al., 2004; CLEMENTE et
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al., 2013). Entretanto, os estudos que utilizam as imagens para avaliar as alterações de cor nas
superfícies das rochas ainda são pouco difundidos. O método proposto neste trabalho analisa a
imagem em função dos valores dos pixels correlacionando-os e fornecendo base para a classificação da
descaracterização superficial das rochas analisadas, pois se a superfície da rocha muda (em termos de cor)
a imagem da superfície também irá mudar.
2. OBJETIVO
O objetivo do trabalho é utilizar, junto às medições de brilho, imagens digitais para
quantificar a descaracterização superficial das rochas através do cálculo do coeficiente de
correlação entre as imagens, como ferramenta auxiliar a avaliação das intensidades das alterações
ocorridas nas superfícies das rochas submetidas ao ensaio de determinação da resistência de
rochas ornamentais ao ataque químico.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
As variedades de rochas ornamentais estudadas são conhecidas comercialmente como
Butterfly Beige (Figura 1A), Butterfly Gold (Figura 1B) e Butterfly Green (Figura 1C) e correspondem
a variedades de um quartzo-sienito com hiperstênio compostas basicamente por: Microclínio,
quartzo, plagioclásio (oligoclásio), biotita, granada e hiperstênio.
Figura 1. Rochas ornamentais submetidas à coloração seletiva por ataque químico.
Inicialmente foi realizada a análise petrográfica microscópica onde, devido às dimensões dos
cristais de microclínio, foram utilizadas duas lâminas de cada variedade para identificação
mineralógica. Para quantificação mineralógica foi utilizado o método da coloração seletiva, em
placas medindo 10 cm x 15 cm x 2cm, aliada à classificação supervisionada de imagens segundo o
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método proposto por Bolonini et al. (2016). Na sequência, 8 placas polidas de cada variedade, com
arestas medindo 10 cm x 10 cm x 2 cm, foram cortadas para a realização do ataque químico com
adaptações feitas ao anexo H da norma NBR:13818 (ABNT, 1997). Antes e após o ataque, 3
medições de brilho foram feitas em cada um dos 24 corpos de prova (1 corpo de prova por
reagente x 3 rochas). Em seguida foram calculadas as médias para a obtenção dos valores iniciais e
finais de brilho por corpo de prova e reagente para o cálculo da variação em porcentagem.
As superfícies destinadas ao ensaio foram digitalizadas antes e após o mesmo, com um
scanner de mesa, gerando imagens TIFF (Tagged Image File Format) de dimensões de 10 cm x 10
cm. Na sequência, todas as imagens geradas foram recortadas, no software CorelDraw, para que
fossem analisadas somente as áreas afetadas pelo ataque químico (8 cm de diâmetro). As imagens
RGB de 24 bits resultantes, com 7.571 pixels, foram convertidas em imagens em escala de cinza de
8 bits. As imagens em escala de cinza foram importadas para o software ImageJ (NIH, 2014a) onde
foi utilizado o plugin Image Correlator (NIH, 2014b) que compara um pixel em uma imagem com o
pixel de mesma coordenada (Agora, X = Valor de X,Y da imagem ao natural; Y = Valor de X,Y
imagem após os ciclos) na imagem a ser correlacionada, como na figura 2.
Figura 2. Representação do método utilizado para correlacionar imagens. Legenda: A) Exemplo de ausência
de descaracterização; B) Exemplo de descaracterização; Eixos X e Y da imagem referem-se ao gráfico de
correlação entre o valor do pixel na imagem Natural (X) e o valor do pixel na imagem 50 ciclos (Y).
As imagens foram correlacionadas aos pares (antes e depois do ensaio de ataque químico).
O software fornece uma tabela com os valores dos pixels nas duas imagens. A correlação entre
uma imagem e ela própria corresponde sempre ao padrão de imutabilidade das imagens
(correlação perfeita).
O ImageJ, na sequência, fornece uma planilha com os valores X e Y (X= valor do pixel na
digitalização ao natural e Y = valor do pixel na digitalização após os ciclos) para cada correlação.
Estes valores são utilizados para calcular, no software Excel, o Coeficiente de Coorelação Linear de
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Pearson (r), de acordo com a equação 1 (Excel, 2007), onde:
= valor do píxel na imagem ao
natural; = Média aritmética para os valores dos píxels na imagem ao natural; y = valor do píxel na
imagem que se quer correlacionar;
Média aritmética para os valores dos píxels na imagem que
se quer correlacionar.
(1)
O valor de r foi então calculado para cada reagente, ou seja, 8 vezes para cada litotipo. As
correlações foram feitas, para cada reagente, entre a imagem ao natural e a imagem da rocha
atacada. A classificação do valor de r segue a tabela 1, adaptada de Souza (2008), Cohen (1988) e
Dancey e Reidy (2006).
Tabela 1.Classificação relacionada ao Coeficiente de Correlação Linear de Pearson.
Coeficiente de Correlação de Pearson (r)
Correlação
Descaracterização da rocha
r=1
Perfeita Positiva
Nula
0,8 ≤ r < 1
Forte positiva
Fraca
0,5 ≤ r < 0,8
Moderada positiva
Moderada
0,1 ≤ r < 0,5
Fraca positiva
Considerável
0 < r < 0,1
Ínfima positiva
Forte
0
Nula
Total descaracterização
- 0,1 < r < 0
Ínfima negativa
Forte
- 0,5 < r ≤ - 0,1
Fraca negativa
Considerável
- 0,8 < r ≤ - 0,5
Moderada negativa
Moderada
- 1 < r ≤ - 0,8
Forte negativa
Fraca
r=-1
Perfeita negativa
Nula
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Petrograficamente as rochas estudadas apresentam grande similaridade composicional,
textural e estrutural. São rochas com textura inequigranular, hipidiomórficas, de granulação grossa
a porfirítica, estrutura isotrópica, compostas por microclínio (58-62%), plagioclásio (20-22%),
quartzo (11-15%), granada (2-6%), biotita (2%), hiperstênio (1%) e traços de zircão e apatita
(Tabela 2). De acordo com a CPRM (2007), as trilhas de inclusões fluidas de CO2 que rochas
apresentam são a causa da coloração da variedade verde. Entretanto, como as inclusões são
encontradas em todas as três variedades, acredita-se não ser esse o único fator que determina a
cor na variedade verde.
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Tabela 2. Resumo das características petrográficas das rochas submetidas ao ensaio de ataque químico.
Características Petrográficas
Granulação (cm)
Alteração Mineral
Butterfly Beige
Variação (predominância)
Butterfly Gold
Butterfly Green
0,2 a 4,5 (1 a 4)
0,2 a 4 (1 a 4)
Incipiente
Moderada
Incipiente
Intragranular e intergranular
aberta
Fe(OH)2 /Plagioclásio/Sericita
Fe(OH)2 /Sericita
baixo
Médio
alto
Quartzo-sienito com hiperstênio
Tipo
Aberta/fechada
Microfissuras
(predomínio)
Preenchimento
Grau de fraturamento
Classificação petrográfica (STRECKEISEN, 1976)
O Butterfly Beige apresenta fraturas preenchidas por plagioclásio e, de forma mais dispersa
por hidróxido ferroso Fe(OH)2. Já o Butterfly Gold, produto da alteração da variedade Butterfly
Beige, além da oxidação das biotitas, apresenta a alteração do hidróxido ferroso Fe(OH)2 para
hidróxido férrico Fe(OH)3 devido à mudança de carga do Fe2+ para Fe3+ provocada pela ação
intempérica. O Fe(OH)2 é, provavelmente, proveniente da alteração de minerais ferromagnesianos
como o hiperstênio e a biotita. Em relação ao brilho, todos os reagentes provocaram alterações
nesta propriedade, nas três variedades, com valores compreendidos entre 7% e 20% de perda
(Tabela 3).
Tabela 3. Resultados, em porcentagem, da perda de brilho das rochas no ataque químico.
Reagentes
Tempo de exposição
Butterfly Beige
Butterfly Gold
Butterfly Green
KOH 30 g/L
96 h
10,2 %
10,5 %
14,3 %
KOH 100 g/L
96 h
16,7 %
7,4 %
16,1 %
HCl 3% v/v
96 h
15,6 %
15,3 %
14,0 %
HCl 18% v/v
96 h
15,3 %
10,5 %
13,9 %
NH4Cl 100 g/L
24 h
15,3 %
8,2 %
13,3 %
C6H8O7 100 g/L
24 h
16,5 %
12,5 %
19,2 %
C3H6O3 5% v/v
24 h
11,9 %
12,6 %
12,2 %
NaClO 20 mg/L
24 h
12,5 %
11,8 %
11,4 %
Legenda: KOH – hidróxido de potássio; HCl – ácido clorídrico; NH4Cl – cloreto de amônio; C6H8O7 – ácido
cítrico; C3H6O3 – ácido lático; NaClO – hipoclorito de sódio.
A perda do brilho nos três casos está ligada a remoção da camada de resina, à oxidação de
minerais ferromagnesianos como a biotita e o hiperstênio e à remoção do Fe(OH) 2 das fraturas.
Para o Butterfly Beige o KOH 100 g/L foi o reagente que provocou a maior perda de brilho por
remover a camada de resina.
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Para o Butterfly Gold a maior perda de brilho foi detectada no ataque com o ácido clorídrico
(HCl) na concentração 3% v/v. Teoricamente, a intensidade da alteração deveria ser diretamente
proporcional ao aumento da concentração do reagente de 3% v/v para 18% v/v. Entretanto, ao
observar os corpos de prova, verifica-se que nas porções centrais dos mesmos onde foram
realizadas as medições de brilho (eixo horizontal) temos distribuições mineralógicas distintas: no
corpo de prova ensaiado com o HCl com concentração em 3% v/v há uma concentração maior de
biotita em relação à mesma região no corpo de prova ensaiado com o HCl com concentração em
18% v/v que fez com que a perda de brilho fosse maior com o ácido em concentração mais baixa.
Para o Butterfly Green o reagente que mais afetou o brilho foi o ácido lático (C6H8O7) removendo
parcialmente o Fe(OH)2 de suas fraturas e removendo a camada de resina.
A análise visual mostra que, mesmo não representando as maiores perdas de brilho, o HCl
em suas duas concentrações foi o reagente que provocou as alterações mais severas nas rochas.
Este fato é corroborado pelos valores de “ r ” calculados com base nas imagens (Tabela 4 e Figura
4) das superfícies dos corpos de prova.
Tabela 4. Classificação da descaracterização em função do coeficiente de correlação linear de Pearson (r).
Regente
KOH 30 g/L
KOH 100 g/L
Butterfly Beige
r
Descaracterização
Fraca
0,9
HCl 3% v/v
HCl 18% v/v
NH4Cl 100 g/L
C6H8O7 100 g/L
C3H6O3 5% v/v
1,0
0,8
0,9
1,0
1,0
0,9
NaClO 20 mg/L
1,0
Nula
Fraca
Fraca
Nula
Nula
Fraca
Nula
Variedades
Butterfly Green
r
Descaracterização
Fraca
0,9
Fraca
0,9
0,7
0,7
1,0
1,0
1,0
Moderada
Moderada
Nula
Nula
Nula
Nula
1,0
r
0,9
1,0
0,8
0,9
1,0
1,0
0,9
1,0
Butterfly Gold
Descaracterização
Fraca
Nula
Fraca
Fraca
Nula
Nula
Fraca
Nula
Para o Beige, o menor valor de correlação foi r = 0,8 (HCl 3% v/v, descaracterização fraca),
para o Green o menor valor de correlação foi r = 0,7 (HCl 3% v/v e 18% v/v, descaracterização
moderada) e para o Gold o menor valor foi r = 0,8 (HCl 3%, descaracterização fraca), tabela 4. Os
resultados mostram que o Green foi a variedade com a maior descaracterização superficial e que
coeficiente de correlação representa melhor os efeitos causados pelo ataque químico. As
alterações que levaram à diminuição da correlação entre as imagens das superfícies das rochas
dessa variedade são devidas à remoção da camada de resina, por corrosão, permitindo que o
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ácido reagisse com o Fe(OH)2 presente em suas fraturas descolorindo a rocha por ter removido sua
coloração verde característica. Este mesmo efeito não ocorreu nas outras variedades, pois as
fraturas no Butterfly Beige estão preenchidas, em sua maioria por plagioclásio e o Butterfly Gold,
além de ter fraturas preenchidas por plagioclásio, possui o hidróxido férrico Fe(OH)3.
Ao analisar, de forma conjunta, os dados de brilho e de correlação (Figuras 5A, B e C), é
possível notar que as variáveis são independentes. O coeficiente de correlação não é afetado por
uma alteração no brilho, uma vez que são considerados os valores de cor dos pixels para seu
cálculo e esta propriedade não é necessariamente afetada por uma alteração no valor de brilho.
Exemplos disso foram os reagentes KOH 30 g/L, KOH 100 g/L, NH4Cl 100 g/L, C6H8O7 100 g/L,
C3H6O3 5% v/v, NaClO 20 mg/L, ou tiveram descaracterizações nulas ou fracas devido aos valores
muito próximos ou iguais a 1 (Tabela 1) obtidos para o coeficiente de correlação e apresentaram
alterações diversas em seus valores de brilho (Figuras 5A, 5B e 5C).
Figura 4. Ilustração dos valores de r para as rochas estudadas.
Figura 5. Relação entre a perda de brilho e o coeficiente correlação. Legenda: KOH (a) – hidróxido de
potássio 30 g/L; KOH (b) – hidróxido de potássio 100 g/L; HCl (a) – ácido clorídrico 3% v/v; HCl (b) – ácido
clorídrico 18% v/v.
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5. CONCLUSÃO
Petrograficamente as rochas estudadas apresentam grande similaridade composicional,
textural e estrutural. Em relação ao brilho, todos os reagentes provocaram alterações nesta
propriedade, nas três variedades, com valores compreendidos entre 7% e 20% de perda. A perda
do brilho nos três casos está ligada a remoção da camada de resina, à oxidação de minerais
ferromagnesianos como a biotita e o hiperstênio e à remoção do Fe(OH) 2 das fraturas.
O ensaio de ataque químico revelou, também, que algumas concentrações de ácido
clorídrico podem gerar alterações severas nas superfícies, principalmente do Butterfly Green,
variedade com a maior descaracterização superficial devida à remoção da camada de resina, por
corrosão, permitindo que o ácido reagisse com o Fe(OH)2 presente em suas fraturas descolorindo a
rocha. Este mesmo efeito não ocorreu nas outras duas variedades, pois as fraturas no Butterfly
Beige estão preenchidas, em sua maioria por plagioclásio e o Butterfly Gold, além de ter fraturas
preenchidas por plagioclásio, possui o hidróxido férrico Fe(OH)3. Ao analisar, de forma conjunta, os
dados de brilho e de correlação é possível notar que as variáveis são independentes, pois o
coeficiente de correlação não é afetado por uma alteração no brilho, uma vez que são
considerados os valores de cor dos pixels para seu cálculo. O método mostrou-se uma ferramenta
importante para a quantificação de alterações superficiais nas rochas.
6. AGRADECIMENTOS
À Guidoni Mineração Ltda, à CAPES processo: 3030/13-0, ao CNPq Processo: 141706/2012-0,
à UNESP e ao Centro de Tecnologia Mineral – CETEM, NR-ES.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT. Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 13818 (Anexo H) Placas cerâmicas para
revestimento – Especificação e métodos de ensaio: Determinação da resistência ao ataque
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IX SIMPÓSIO DE ROCHAS ORNAMENTAIS DO NORDESTE
10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB
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