O documento discute os principais tipos de argilo-minerais, sua estrutura e propriedades. Descreve que os argilo-minerais mais comuns são caulinita, esmectitas e ilitas, que possuem estruturas de camadas e propriedades como plasticidade e troca iônica. Também explica como a presença de água intercalada entre as camadas das esmectitas afeta suas propriedades.

1. Introdução
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
Argilo-minerais
Geologia de Engenharia III
ENG05103
O
O
1
Composição em termos
granulométricos
Si
O
O
2
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
Pedregulhos
Areia
Silte
Argila (argilo-minerais)
3
4
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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1

2. Argilo-minerais
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
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
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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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3. 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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Difratograma
Distância
interplanar
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Estrutura interna, substituição
isomórfica e propriedades
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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 malcristalizada
Caulinita
Haloisitas
Micas hidratadas
Esmectitas
Vermiculitas
Cloritas
Argilas de camadas mistas
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4. 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
Esmectitas
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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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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4

5. Esmectitas...
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
Pag 60 e 61
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Ilita ou mica-hidratada
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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
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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6. Clorita...
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
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Sistema argila-água
Argilo-minerais que
ocorrem na natureza em
unidades compostas
Ilita, montmorilonita, clorita
e vermiculita
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...
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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
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 irregulares com diâmetro de 1µm
Propriedades importantes: plasticidade, resistência
mecânica (verde e seco), retração linear, compctação e
viscosidade
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6

7. Sistema argila-água...
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
Pode ser eliminada entre 100 e 150°C
Classificadas em tres tipos segundo (estrutura do argilomineral):
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
Importância do argilo-mineral e dos
íons absorvidos nas propriedades
dos solos
Cátions 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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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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8. Cátions absorvidos nas
propriedades dos solos...
Qualidade das argilas por meio de
ensaios geotécnicos
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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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
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