Escola Superior de Tecnologia – UEA

Curso: Engenharia CivilDisciplina: Elementos de Mineralogia e GeologiaProfessor: Fernando FernandesAvaliação: Lista 1

Aluno: Stephanie Elize Gomes RamiresMatrícula: 1415070201Turma: 01Data: 07/05/2015

1. Defina o que é um mineral.“Um mineral é um sólido, homogêneo, natural, com uma composição química definida (mas geralmente não fixa) e um arranjo atômico altamente ordenado. É geralmente formado por processos inorgânicos.” (KLEIN & HURLBUT, 1999)

“Mineral é um corpo produzido por processos de natureza inorgânica, tendousualmente uma composição química definida e, se formado sob condiçõesfavoráveis, uma certa estrutura atômica característica, a qual está expressa em suaforma cristalina e outras propriedades físicas.” (DANA & FORD, 1932).

2. Defina o que é uma rocha.“Rocha é uma associação natural de minerais (geralmente dois ou mais), em proporções definidas e que ocorre em uma extensão considerável. Algumas rochas são constituídas por um único mineral, mas são consideradas rocha e não mineral porque ocorrem em grandes volumes, formando, por exemplo, um morro inteiro ou camadas que podem se estender por dezenas de quilômetros.” (BRANCO, 1982)

“Uma rocha é um agregado de minerais coerente, consolidado e de ocorrência natural.” (KLEIN & DUTROW, 2012)

3. Quais os tipos de rochas. Comente.“As rochas podem ser divididas em três grupos primários: ígneas, sedimentares e metamórficas. As rochas ígneas cristalizam a partir de um magma; as sedimentares formam-se pela consolidação de sedimentos químicos ou mecânicos em temperaturas e pressões relativamente baixas; rochas metamórficas formam-se por recristalização no estado sólido de rochas pré-existentes sempre em temperaturas e pressões de uma faixa intermediária entre as de rochas ígneas e sedimentares.” (KLEIN & DUTROW, 2012)

De acordo com Chiossi (1983)

As rochas que ocorrem tanto na superfície da terra, como no seu subsolosão divididas, em função de sua gênese, em três tipos distintos:

a) rochas magmaticas, que são formadas a partir do resfriamentoe consolidação do magma, que é um material de fusão no interior da terra.Por esse motivo as rochas magmáticas são também chamadas endógenas.

b) rochas sedimentares, aquelas formadas por materiais derivados de decomposiçãoe desintegração de qualquer rocha. Estes materiais são transportados, depositados e acumulados nas regiões de topografia mais baixa, como bacias, vale edepressões. Posteriormente, pelo peso das camadas superiores ou pela açãocimentante da água subterrânea, consolidam-se, formando uma rocha sedimentar.

As rochas sedimentares são também chamdas de exógenas, por se formarem na superficie da terra; estratificadas, por apresentarem normalmente camadas.

c) rochas metamórficas, aquelas originadas pela ação da pressão da temperatuurae de soluções químicas em outra rocha qualquer. Através daqueles fatores, asrochas podem sofrer dois tipos de alterações básicas: primeira, na sua estrutura,principalmente pela ação de pressão que irá orientar os minerais ou pela ação da temperatura que irá recristaliza-los; segunda, na sua composição mineralógica pela ação conjunta daqueles dois fatores, e de soluções químicas.

4. Defina solo. Como é formado e classificado.“Os solos são materiais que resultam do intemperismo ou meteorização das rochas, por desintegração mecânica ou decomposição química.” (CAPUTO, 1988)

“Material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ou não conter matéria orgânica.” (ABNT - NBR 6502, 1993)

Mecanismo de formação dos solos: processo físico-químico de fragmentação e decomposição das rochas, transporte e evolução pedogênica.

1º Estágio: Expansão e contração térmica, alternadas das rochas sãs. Fraturamento mecânico. Percolação de água e crescimento de raízes de plantas nas fissuras das rochas. Surgem grandes blocos a pequenos fragmentos.

2º Estágio: Alteração química das espécies minerais. Ataque pela água acidulada, ácidos orgânicos, oxidação, etc. Decomposição química, transformando os fragmentos em argilas/areia.

3º Estágio: Transporte por agente qualquer, para local diferente ao da transformação. (Pode ou não ocorrer).

Formação dos “solos transportados” ou “sedimentares”.

4º Estágio: Evolução pedogênica. Processos físico-químico e biológicos Lixiviação do horizonte superficial com concentração de partículas coloidais (menores)

no horizonte profundo. Impregnação com húmus (matéria orgânica) do horizonte superficial.

Tipos de solos de acordo com a origem:

Solos Residuais: São originados do processo de intemperização (decomposição) de rochas pré-existentes,

no qual ele se encontra sobre a rocha que lhe deu origem; Para que eles ocorram é necessário que a veloc. de decomposição (temp, regime de

chuvas e vegetação) da rocha seja maior do que a velocidade de remoção por agentes externos;

Regiões tropicais favorecem a degradação da rocha mais rápida, sendo comum a sua ocorrência no Brasil;

Composição depende do tipo e comp. mineralógica da rocha matriz; · Solo residual maduro – é mais homogêneo e não apresenta nenhuma relação com a rocha mãe;

Solo residual jovem – apresenta boa quantidade de material que pode ser classificado como pedregulho (# > 4,8 mm). São bastante irregulares qto à resistência, coloração, permeabilidade e compressibilidade (intensidade do processo de alteração não é igual em todos os pontos).

Solo saprolítico – guarda características da rocha sã e tem basicamente os mesmos minerais, porém sua resistência já se encontra bastante reduzida. Pode ser caracterizado como uma matriz de solo envolvendo grandes pedaços de rocha altamente alterada, apresenta pequena resistência ao manuseio;

Solo de alteração de rocha – preserva parte da estrutura e de seus minerais, porém com dureza inferior à da rocha matriz, em geral muito fraturada permitindo grande fluxo de água através das descontinuidades;

Rocha sã – ocorre em profundidade e mantém as características originais, ou seja, inalterada;

As espessuras das faixas são variáveis e dependem das condições climáticas e do tipo de rocha

Solos Transportados Ou Sedimentares: Formam geralmente depósitos mais inconsolidados e fofos que os residuais, e com

profundidade variável; O solo residual é mais homogêneo do que o transportado no modo de ocorrer.

Solos De Aluvião São transportados e arrastados pela água; Sua constituição depende da velocidade das águas no momento de deposição, sendo

encontrado próximo às cabeceiras material mais grosseiro e o material mais fino (argila) são carregados a maiores distâncias;

Existem aluviões essencialmente arenosos, bem como aluviões muito argilosos, comuns nas várzeas dos córregos e rios;

Estes solos apresentam baixa capacidade de suporte (resistência), elevada compressibilidade e são susceptíveis à erosão;

Apresentam duas formas distintas: terraços (ao longo do próprio vale do rio) e planícies de inundação (forma depósitos mais extensos);

São fontes de materiais de construção, mas péssimos materiais de fundação.

Solos Orgânicos Formados em áreas de topografia bem caracterizada (bacias e depressões continentais, nas

baixadas marginais dos rios e baixadas litorâneas); Mistura do material transportado com quantidades variáveis de matéria orgânica

decomposta; Normalmente são identificados pela cor escura, cheiro forte e granulometria fina; Quando a matéria orgânica provém de decomposição sobre o solo de grande quantidade

de folhas, caules e troncos de plantas forma-se um solo fibroso, essencialmente de carbono, de alta compressibilidade e baixíssima resistência, que se chama turfa. Provavelmente este é pior tipo de solo para os propósitos do engenheiro geotécnico.

Solos Coluviais (ou depósito de tálus)

O transporte se deve exclusivamente à gravidade e o solo formado possui grande heterogeneidade;

São de ocorrência localizada, geralmente ao pé de elevações e encostas, provenientes de antigos escorregamentos;

Apresentam boa resistência, porém elevada permeabilidade; · Sua composição depende do tipo de rocha existente nas partes elevadas;

Colúvio: material predominantemente fino; Tálus: material predominantemente grosseiro.

Solos Eólicos Formados pela ação do vento e os grãos dos solos possuem forma arredondada; É o mais seletivo tipo de transporte de partículas de solo; Não são muito comuns no Brasil, destacando-se somente os depósitos ao longo do

litoral.’

Solos De Evolução Pedogênica:“Complexa série de processos físico-químicos e biológicos que governam a formação dos solos da agricultura. Compreendem a lixiviação do horizonte superficial e concentração de partículas coloidais no horizonte profundo e Impregnação com húmus do horizonte superficial. Na engenharia, esta camada recebe o nome de "solo superficial" e têm pouco interesse técnico. “ (VARGAS, 1978). "solos porosos": solos cuja formação se deve a uma evolução pedogênica em clima tropical de alternâncias secas (no inverno) e extremamente úmidas (no verão) resultando assim os solos lateríticos. Estes solos recobrem extensas zonas do Brasil Centro-Sul e as espessuras podem atingir mais de 10 m.“As concreções assim formadas recebem o nome de pedregulhos lateríticos, as chamadas lateritas, cuja importância técnica é cada vez maior para a construção de bases rodoviárias.“ (VARGAS, 1978).

Solos Tropicais Aqueles que apresentam peculiaridades de propriedades e de comportamento, em decorrência da atuação nos mesmos de processos geológicos e/ou pedológicos, tipo das regiões tropicais úmidas.

Solos Lateríticos: São solos superficiais, típicos das partes bem drenadas das regiões tropicais úmidas, resultante de uma transformação da parte superior do subsolo pela atuação do intemperismo. No processo de laterização há um enriquecimento no solo de óxidos hidratados de ferro e/ou alumínio e a permanência da caulinita como argilomineral predominante e quase exclusivo, conferindo a estes solos uma coloração típica: vermelho, amarelo, marrom e alaranjado.

Solos Saprolíticos: São solos que resultam da decomposição e/ou desagregação "in situ" da rocha matriz pela ação das intempéries (chuvas, insolação, geadas), mantendo ainda de maneira nítida a estrutura da rocha que lhe deu origem. São solos, genuinamente residuais, isto é, derivam de uma rocha matriz e as partículas que a constituem permanecem praticamente no mesmo lugar em que se encontravam em estado Pétreo.

5. Defina clivagem. Exemplifique.

“Quando um mineral se rompe, com a aplicação de uma força adequada, e produz superfícies planas, diz-se que um mineral possui clivagem. Ela é uma propriedade direcional e qualquer plano paralelo através do cristal é um plano de clivagem potencial. A clivagem é sempre paralela

às faces possíveis do cristal, pois tanto as faces como a clivagem refletem a mesma estrutura cristalina.” (DANA, 1976).

“É a propriedade de os minerais se partiren em determinados planos, ou já apresentar esses planos, de acordo com suas direções de fraqueza.” (CHIOSSI, 1983)

Os minerais podem apresentar superfícies de clivagem em:

3 direções - Ex.: calcita, galena 2 direções - Ex.: feldspato 1 direção - Ex.: micas, talco ausente - Ex.: quartzo, turmalina.

6. Defina dureza. Exemplifique.“A dureza está diretamente ligada à força de ligação dos átomos, íons ou moléculas que formam a estrutura, quanto mais fortes as forças de união entre os átomos, mais duro será o mineral. A dureza expressa à resistência que sua superfície lisa oferece ao ser riscado. O grau de dureza é determinado, observando-se a facilidade ou dificuldade relativa com que um mineral é riscado por outro. Escolheu-se uma série de dez minerais comuns para servir como escala, podendo ser dita a dureza relativa de qualquer mineral mediante comparação com a dos minerais da escala. Os minerais seguintes dispostos na ordem de sua dureza crescente compreendem o que se conhece por escala de dureza de Mohs.” (DANA, 1976)

“É a resistência ao risco. A dureza relativa é dada pela escala empírica de Mohs.Os minerais de maior dureza riscam os de menor. Assim, por exemplo, a fluorita, de dureza 4, risca todos os de dureza inferior e é riscada pelos subsequentes da escala, ou seja, por todos os outros minerais de dureza superior a 4.” (CHIOSSI, 1983)

Para utilizar a escala de Mohs toma-se com limites a dureza da unha (aproximadamente 2,8 - 2,9) e de uma lâmina de canivete (canivetes comuns da ordem de 5,5). Desta forma tem-se:

Dureza Baixa: minerais riscados pela unha. (minerais de dureza 1 e 2); Dureza Média: minerais não riscados pela unha, mas riscados pelo canivete (minerais com

dureza até 5 – 5,5); Dureza Alta: não riscado pelo canivete.

7. Defina características do material: tenacidade: frágil, maleável, dúctil, séctil, elástico, plástico, fratura.“A resistência de um mineral a romper-se ou deformar-se, ou sua coesão, é conhecida como tenacidade. A tenacidade de um mineral também relaciona-se a suas ligações internas.” (KLEIN & DUTROW, 2012)

“É a resistência ao choque de um martelo, ou ao corte de uma lâmina de aço.” (CHIOSSI, 1983)

A tenacidade dos minerais é expressa em termos qualitativos, utilizando uma linguagem padronizada:

Quebradiço – um mineral que se rompe ou se pulveriza facilmente; Maleável – um mineral que se pode ser partido em estampas delgadas; Séctil – um mineral que pode ser cortado em aparas delgadas com um canivete; Dúctil – um mineral pode ser estirado para formar fios;

Flexível – um mineral pode se encurvar, mas não retornar à posição original quando a pressão cessou;

Elástico – um mineral que, depois de ter sido encurvado, retoma sua posição original ao cessar a pressão.

8. Peso específico ou densidade.“É o número que expressa a relação entre o peso do mineral e o peso de igual volume de água destilada a 4ºC.Se um mineral possui peso específico 3, significa que um certo volume desse mineral pesa 3 vezes o que pesaria o mesmo volume de água.” (CHIOSSI, 1983)

“Massa por unidade de volume. Por exemplo, gramas por centímetro cúbico (g/cm3), quilogramas por metro cúbico (kg/m3).” (KLEIN & DUTROW, 2012)

9. Comente os tipos de ensaios de laboratório. Ensaios de Resistência Mecânica:

Servem para se conhecer as características dos materiais de modo a poder projetar componentes de tal maneira que, quando em serviço as deformações não sejam excessivas e não causem fratura.O comportamento mecânico de um materiais reflete a relação entre a sua resposta ou deformação a uma carga ou força aplicada.

Os ensaios mecânicos podem ser agrupados em dois blocos:

Ensaios Destrutivos; Ensaios Mecânicos Não-Destrutivos

Os ensaios destrutivos sao entendidos como aqueles que deixam algum sinal na peça ou no corpo de prova submetido ao mesmo, ainda que estes nao fiquem inutilizados. Pode-se citar como ensaios destrutivos os seguintes:

Ensaio de tração Ensaio de compressão Ensaio de cisalhamento Ensaio de dobramento Ensaio de flexão Ensaio de embutimento Ensaio de torção Ensaio de dureza Ensaio de fluência Ensaio de fadiga Ensaio de impacto

Os ensaios não destrutivos são entendidos como aqueles que após serem realizados, ao contrário dos destrutivos, não deixam nenhuma marca ou sinal na peça ou corpo de trabalho, portanto não inutilizando-os. Por este fato, estes ensaios são utilizados para a detecção de falhas em produtos acabados e semi acabados. São exemplos de ensaios não destrutivos os seguintes ensaios listados abaixo:

Ensaio visual Ensaio de líquido penetrante

Ensaio de partículas magnéticas Ensaio de ultra-som Ensaio de radiografia industrial

Ensaio de Tração:

O ensaio de tração consiste na aplicação de uma força, que, ao agir sobre uma superfície de um corpo sólido provoca uma deformação na direção do esforço produzindo uma pressão. Quando essa força tende ao alongamento, acontece o que chamamos de tensão de tração. Há uma relação entre tensão aplicada (carga sobre área da secção transversal da peça) e a deformação resultante.

Podemos melhor representar esse fenômeno na forma de um diagrama tensão-deformação. Os valores para construir o gráfico (diagrama) tensão-deformação são obtidos pelo ensaio de tração realizado em uma máquina apropriada para essa função. Quando aplicamos uma força de tração sobre a superfície transversal de uma peça, produzimos um alongamento. Esse, dentre certos limites, é proporcional a tensão aplicada.

Ensaio de compressão:

Os ensaios de compressão e de tração são semelhantes, sob o aspecto da aplicação das cargas, um é o oposto do outro, mas ambos utilizam o mesmo sistema (máquina) de ensaio além de verificarem, em geral, as mesmas propriedades. Sob o ponto de vista da física a compressão é o contrário da tração, e os efeitos observados por uma carga são também verificados pelo outro. As propriedades do material podem ser descobertas tanto por um quanto por outro e como o de tração é mais prático, não é necessário realizar o de compressão.

O comportamento elástico de um material metálico, sujeito à ação de carga, é semelhante tanto para a compressão como para a tração, por isso podemos optar por um dos ensaios. Em geral, o preferido pela sua praticidade é o de tração enquanto o de compressão pode ser utilizado para metais frágeis, por exemplo, os ferros fundidos. Nos metais, a maioria das características pode ser observada no ensaio de tração, que é o de melhor execução. Com isso, o ensaio de compressão não tem grande aplicação. A compressão é mais indicada para observar o comportamento de materiais frágeis. O ferro fundido é um caso de metal em que podem ser observadas algumas propriedades pelo ensaio de compressão, pois é um material frágil. O ferro fundido entre as ligas metálicas, tem algum interesse prático na determinação da resistência à compressão.

Ensaio de torção:

O ensaio de torção é muito mais usado para assegurar qualidade do que para procurar falha. A torção ocorre quando atua sobre um corpo um torque. Esse tipo de solicitação é comum em eixos e sistemas de transmissão de movimento. O esforço provoca uma deformação elástica ao longo do comprimento do elemento (um eixo). O ângulo de deformação longitudinal (α alfa), medido em radianos, é a diferença entre uma secção transversal (extremidade) em relação à outra. A medida do grau de deformação é proporcional ao comprimento do corpo. O efeito da aplicação de uma força pela distância em relação ao centro de giro (θ teta) é resultante do torque ou momento torçor.

O ensaio é mais um “teste” de resistência qualitativa que permite identificar os tipos de materiais e seus limites. Pelo tipo de ruptura podemos classificar os materiais em frágeis e dúcteis.

O conhecimento do aspecto de uma ruptura por torção é importante para auxiliar na identificação da origem da falha e a consequente solução. O efeito da torção é semelhante ao de tração, porém

existe uma diferença muito importante entre eles no que diz respeito ao aspecto da fratura. No ensaio de tração dos materiais dúcteis, ocorre uma estricção, e a ruptura tem forma de taça-cone; nos frágeis, a ruptura é sem a formação de estricção. Na torção, ocorrem situações opostas ao que ocorre no ensaio de tração, na fratura dos materiais dúcteis, a secção rompida é perpendicular ao eixo do corpo de prova, não havendo estricção, como se fosse uma fratura frágil no ensaio de tração.

10. Descreva: materias cerâmicos, aglomerantes, pedras naturais, metais, polímeros, betumes.Materias Cerâmicos: Materiais cerâmicos são todos os materiais compostos em sua quase totalidade de argila, e que são largamente utilizados na construção civil. Os materiais cerâmicos são polifásicos, contendo elementos metálicos e não metálicos. A existência de várias fases cerâmica possibilita as combinações de átomos metálicos e não metálicos, formando muitos arranjos estruturais. Isso possibilita a obtenção de materiais cerâmicos para uma larga aplicação na engenharia. Os principais materiais cerâmicos são: tijolos, telhas, vidros, concretos, abrasivos, vidrados para porcelana, isolantes elétricos, etc.

Aglomerantes: Material ligante, geralmente pulverulento, que promove a união entre os grãos dos agregados. Os aglomerantes são utilizados na obtenção de pastas, argamassas, e concretos.

Pedras Naturais: Dada a sua origem e o modo de formação bastante diverso, as pedras apresentam características bem diferentes que permitem a sua distinção e determinam a sua posterior utilização em obra. Essas características são de três tipos: mecânicas, físicas e químicas.

Metais: do ponto de vista tecnológico, o metal é um elemento químico que existe como cristal ou agregado de cristais no estado sólido e é caracterizado pelas seguintes propriedades: alta dureza, elevada plasticidade (grandes deformações sem ruptura), boa condutibilidade térmica e mecânica, etc.

Polímeros: Os polímeros são macromoléculas formadas por um grande número de pequenas moléculas, designadas monômeros. Quando estas moléculas se combinam ocorrem as polimerizações.

Estes materiais foram inicialmente desenvolvidos com o objetivo de substituir macromoléculas naturais, como por exemplo a seda e o caucho. O desenvolvimento tecnológico continuo da tecnologia conseguiu produzir centenas de materiais sem qualquer equivalente no mundo natural. Desta forma, o polímero tornou-se no primeiro material sintético utilizado na engenharia.

Betumes: é um aglomerante orgânico, sólido, semi-sólido ou líquido, que pode ser encontrado na

natureza, ou ser sintetizado em um processo industrial. Compostos por hidrocarbonetos

complexos de grande massa molecular, e totalmente solúvel em bissulfeto de carbono.