TERRAS DIATOMÁCEAS: UMA POZOLANA … · do concreto (METHA & MONTEIRO 1994). Além disso,...

Revista do Instituto Geológico, São Paulo, 23(2), 1-17, 2002.

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TERRAS DIATOMÁCEAS: UMA POZOLANA NATURAL NABACIA DO PARANÁ, ESTADO DE SÃO PAULO

Tarcísio José MONTANHEIROJorge Kazuo YAMAMOTO

Lilia Mascarenhas SANT´AGOSTINOYushiro KIHARA

Márcia Mika SAITO

RESUMOA prospecção de materiais pozolânicos na Bacia do Paraná, Estado de São Paulo,

identificou uma rocha sedimentar composta essencialmente de espículas silicosas deesponjas e frústulas silicosas, que é conhecida como terra diatomácea ou simplesmente“pó-de-mico”. Tais esqueletos silicosos apresentam propriedades pozolânicas à medidaque eles reagem com o hidróxido de cálcio formando uma massa cimentícia. Nessetrabalho são apresentadas as técnicas analíticas relativas à prequalificação equantificação de materiais pozolânicos. Além disso, análises por difração de raios X epor microscopia eletrônica de varredura são também apresentados nesse artigo.Amostras selecionadas compostas essencialmente de esqueletos silicosos submetidasaos testes de reatividade pozolânica com cal apresentaram resistências à compressãosuperiores a 6 MPa. Embora essas rochas possam ser consideradas pozolanas naturais,elas não podem suprir as necessidades de uma indústria cimenteira. Por outro lado, elaspodem ser usadas como matéria prima para a fabricação manual de tijolos, que é umfator importante para manter a população rural no campo.

Palavras–chave: Pozolana, terras diatomáceas, esponjilito.

ABSTRACTProspection of pozzolanic materials in the Paraná Basin, State of Sao Paulo,

identified a sedimentary rock composed essentially of siliceous spicules of spongesand of siliceous frustules, known as diatomaceous earth. Such siliceous skeletonspresent pozzolanic properties as they react with calcium hydroxide forming acementitious material. We present analytical techniques for preliminary qualificationand quantification of pozzolanic materials. Besides, X ray diffraction and scanningelectron microscope analyses for diatomaceous earth are also examined. Selected samplescomposed essentially of siliceous skeletons submitted to pozzolanic reactivity testswith lime mortar gave compressive strengths at 7 days greater than 6 MPa. Althoughthese rocks can be considered as natural pozzolans, they cannot fulfill the needs of thecement industry. On the other hand, they can be used as raw materials for manual brickfabrication, which is an important issue to stabilize rural populations.

Keywords: Pozzolan, diatomaceous earth, spongolite.

1 INTRODUÇÃO

As terras diatomáceas se destacam como sen-do uma das principais substâncias naturaispozolânicas, ou seja, portadoras de um componentemineral ativo – opala – para uma reação pozolânica.Elas foram identificadas e caracterizadas

tecnologicamente com estas propriedades porMONTANHEIRO (1999), durante trabalho deprospecção estratégica na Bacia do Paraná, no Esta-do de São Paulo. Os materiais pozolânicos possibili-tam a produção de cimentos especiais com menorconsumo de energia e, portanto, menor custo de fa-bricação. Além disso, à medida que uma parcela do


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clínquer Portland possa ser substituída por materi-ais pozolânicos, há, conseqüentemente, o aumentoda vida útil do jazimento calcário, bem como dosequipamentos de produção e, sobretudo, os inco-mensuráveis ganhos ambientais. Nesse sentido,YAMAMOTO et al. (1997) apresentam os benefíci-os ambientais decorrentes da substituição de partedo clínquer Portland por materiais pozolânicos.

Neste artigo são apresentados os resultadosdas etapas de um trabalho prospectivo de pozolanasnaturais no Estado de São Paulo, direcionado paraas regiões de Casa Branca, Leme e Araçatuba (Figu-ra 1), pré-selecionadas após análise da literatura es-pecializada. As duas primeiras áreas inserem-se naDepressão Periférica e, a outra, no Planalto Ociden-tal.

2 CONSIDERAÇÕES GERAIS SOBREMATERIAIS POZOLÂNICOS

Pozolanas são substâncias naturais ou artifi-ciais, de composição silicosa ou sílico-aluminosa,que, não sendo por si sós cimentícias, reagem, po-rém, com hidróxido de cálcio à temperatura ambienteresultando em compostos com propriedadescimentícias.

Os materiais pozolânicos podem ser classifi-cados em dois grandes grupos: naturais e artificiais,embora existam controvérsias no tocante à classifi-

cação de certos tipos de pozolanas, como das argi-las calcinadas que, segundo alguns autores, sãodadas como naturais e, segundo outros, como artifi-ciais. O ponto crucial da questão está em classificaruma rocha cujas propriedades pozolânicas sãorealçadas com o tratamento térmico. MALQUORI(1960), MASSAZZA (1976), ABNT (1991) eKITSOPOULOS & DUNHAM (1996), entre outros,inclusive os presentes autores, classificam comopozolanas naturais todas as rochas portadoras deatividade pozolânica natural. Por outro lado,MIELENZ et al. (1951), MEHTA (1987) e ACI (1994),entre outros autores, admitem como pozolanas na-turais também os produtos da calcinação dessasrochas. Se há controvérsia no que se refere àabrangência da qualificação das pozolanas naturais,ela inexiste no tocante à classificação desubprodutos industriais como pozolanas artificiais.

Dependendo de sua origem, as pozolanas natu-rais apresentam variações consideráveis nas suaspropriedades à medida que variam os componentesativos das rochas, suas características físicas emineralógicas. A forma, finura, distribuição do tama-nho das partículas, densidade e composiçãomineralógica das pozolanas naturais são também fa-tores que influenciam na reação pozolânica e, conse-qüentemente, no resfriamento e no desenvolvimentoda resistência do concreto (ACI 1994). A reaçãopozolânica se desencadeia devido à reatividade da

FIGURA 1 - Principais lagos do Estado de São Paulo (modificado de MOTTA et al. 1986) e limites das provínciasgeomorfológicas (PONÇANO et al. 1981).


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sílica e da alumina com o hidróxido de cálcio, motiva-da pela fraqueza e instabilidade de suas ligações es-truturais no material original - caso do vidro vulcâni-co ou das argilas calcinadas (MALQUORI 1960).

Tomando como referência a composição quí-mica e mineralógica das próprias pozolanas,MIELENZ et al. (1951) as classificaram quanto à suaatividade-tipo (Tabela 1), a qual foi expressa pelaafinidade e intensidade de reação do hidróxido decálcio com o tipo de componente ativo presente nocompósito mineralógico, em presença da água, in-dependentemente da origem da rocha.

TABELA 1 - Classificação de materiais pozolânicos,conforme a sua atividade-tipo (MIELENZ et al.1951).

Atividade-Tipo Componente Ativo1 Vidro vulcânico2 Opala3 Argilas3a caulinita3b montmorillonita3c illita3d camada mista com vermiculita3e paligorskita4 Zeólita5 Óxidos de alumínio hidratados6 Não pozolânico

Nesta classificação foram colocadas em des-taque as pozolanas de Atividade-Tipo-2 incluindo-se diatomitos, “cherts” e folhelhos opalinos devidoà atividade da opala, os quais se comportam comodos mais reativos de todas as pozolanas naturais.

3 USOS DAS POZOLANAS

As pozolanas de origem natural têm sido usa-das na composição do concreto de várias obras deengenharia de vulto nos Estados Unidos, assim comoem edificações e produtos manufaturados de con-creto, quando elas estão em locais acessíveis. Osusos das pozolanas de origem natural são mais am-plamente difundidos na Europa do que nos EstadosUnidos (ACI 1994). Hoje em dia, as pozolanas natu-rais têm sido usadas pelas concreteiras da mesmamaneira como a cinza volante. Por outro lado, aspozolanas naturais podem entrar na composição docimento Portland como aditivos dando origem aocimento Portland Pozolânico.

Ainda, segundo ACI (1994), nas escavaçõesarqueológicas, realizadas na antiga cidade deCamiros, Ilha de Rhodes, Grécia, durante os anos de1970, foi descoberto um reservatório de água, comcapacidade para 600 metros cúbicos, construído comuma argamassa de cal e pozolana natural. Este reser-vatório data de 600 aC e esteve em uso até os anos300 aC, quando foi substituído por um novo sistemahidráulico de água subterrânea, no sul de Doric Stoa.Por quase três milênios, esse reservatório de águatem sido conservado em condições muito boas.

Argamassas como essas ficaram famosas porterem composição de seis partes de terras Santorim,duas de cal e uma de areia fina; foram usadas comoos primeiros cimentos hidráulicos em aquedutos, pon-tes e construções de todo tipo. Algumas dessas obrasainda se conservam ao longo da costa da Itália, Grécia,França, Espanha e nos portos do Mar Mediterrâneo.Muitas foram erigidas por gregos e romanos há maisde 2000 anos. Exemplos são os aquedutos de Roma, oCanal de Suez no Egito construído em 1860, o CanalCorinthian em 1880, os muros do mar e estruturasmarinhas nas ilhas do Mar Egeu, na Síria, Nauplion,etc., e os portos da Alexandria no Egito, e no MarNegro. Todas essas obras evidenciam, suficientemen-te, a durabilidade do cimento cal-pozolana sob condi-ções de intemperismo. Nos dias atuais, muitos monu-mentos romanos de várias partes da Europa, perma-necem como tributo à eficiência das argamassas cal-pozolana (ACI 1994).

Se, por todo o mundo, são inúmeros os traba-lhos divulgados sobre materiais pozolânicos, noBrasil, apesar das grandes vantagens apontadas parao seu uso, a literatura disponível a respeito deles éreduzida e recente.

O interesse inicial por esses materiais surgiucom a instalação da primeira fábrica de cimento noBrasil, em 1926; cresceu posteriormente com a bus-ca de alternativas de menor custo e racionalizaçãode energia elétrica para a sua produção e, ultima-mente, com a conscientização popular sobre os efei-tos da poluição ambiental.

Assim, a partir de 1952, a indústria cimenteiranacional, utilizando-se de escórias de alto-forno pro-venientes da Companhia Siderúrgica Nacional (CSN),passou a adicioná-la ao cimento Portland na fábricada Cimento Tupi, instalada na cidade de Volta Redon-da (RJ). Por outro lado, só em 1969, os cimentospozolânicos começaram a ser produzidos comercial-mente no Rio Grande do Sul, por iniciativa da S.A.Indústria Química Francisco Matarazzo, aproveitan-do as cinzas volantes coletadas na Termoelétrica deCharqueadas (MARCIANO JR. et al. 1996).


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quantidades de substâncias inorgânicas comoalumina, ferro e metais alcalinos, quantidades variá-veis de matéria orgânica e componentes comuns delitologias sedimentares como, por exemplo, areia,silte e argila (IPT 1984).

Elas podem ser aplicadas para as mais diver-sas finalidades, as quais, segundo CAMPOS &SANTOS (1984), incluem: a) filtração industrial; b)isolante térmico e acústico; c) catalisadores; d) ab-sorventes; e) cargas; f) abrasivos; g) indústria far-macêutica; h) indicadores estratigráficos; i) indús-tria química; j) materiais de construção; e l)pozolanas. Dentre as aplicações mencionadas, asterras diatomáceas podem ser utilizadas comopozolanas naturais, devido às suas característicasfísicas e químicas. Dependendo do próprio grau depureza, dada pela porcentagem de frústulas, elaspodem ser misturadas diretamente ao cimento, emsubstituição a uma parcela do clínquer Portland, ouentão, adicionadas após tratamento térmico.

Esses materiais são altamente reativos à cal,mas sua microestrutura (angulosidade e altaporosidade) é responsável por um consumo eleva-do de água, prejudicial à resistência e durabilidadedo concreto (METHA & MONTEIRO 1994). Alémdisso, depósitos de diatomito, tais como o Moler daDinamarca, contêm geralmente grandes quantidadesde argila, silte e areia fina, e, por isso, devem sertermicamente ativadas antes de serem empregadascom o propósito de aumentar a atividade pozolânica(METHA & MONTEIRO 1994).

É preciso ressaltar, contudo, que além das apli-cações industriais das terras diatomáceas, há tam-bém aplicações na fabricação artesanal de tijoloscerâmicos.

5 CONTEXTO GEOLÓGICO-GEOMORFOLÓGICO

Os alvos pesquisados nas Áreas 1 e 2 (Figura1), respectivamente regiões de Leme e Casa Branca,estão posicionados nos domínios da DepressãoPeriférica onde predominam formas de relevo do tipocolinas amplas e, secundariamente, planíciesaluvionares bem desenvolvidas, associadas aos tre-chos meandrantes do Rio Moji-Guaçu (MELO &PONÇANO 1983, IPT 1981, MOTTA et al. 1986,MELO 1995). Essas áreas situam-se na borda lesteda Bacia do Paraná, onde o ambiente geológico (Fi-guras 2 e 3) é representado por conjuntos litológicospermo-carboníferos do Grupo Tubarão: FormaçãoAquidauana (CPa - arenitos vermelho-arroxeados,médios a grossos, feldspáticos e, subordinadamente,

As pozolanas de argila calcinada foramfabricadas a partir de 1965, em Jupiá, pelas CentraisElétricas de Urubupungá (CELUSA) sob orientaçãodo Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Pau-lo (IPT), segundo relata CASTRO SOBRINHO (1970).

Na história do uso de pozolanas naturais noBrasil, a produção de cimento Portland pozolânicodeveu-se ao Grupo João Santos, o qual utilizou ro-chas vulcânicas ácidas e subordinadamentediatomitos (BATTAGIN 1987).

4 TERRAS DIATOMÁCEAS:GENERALIDADES

“Pó-de-mico” ou simplesmente “mico”,“estopa” ou “sapóleo” são denominações popula-res que reconhecem os esponjilitos ou terrasdiatomáceas em todo o interior do Estado de SãoPaulo. Elas são também denominadas comoKieselguhr (Alemanha), Moler (Dinamarca), Trípoli(Rússia) e Gais (França), as quais constituem umgrupo de pozolanas caracterizadas por materiais deorigem organogênica (MEHTA & MONTEIRO 1994).As diatomáceas são organismos fotossintetizadoresque se revestem de uma carapaça ou frústula de sílicanão cristalina (CAMPOS & SANTOS 1984); vivemnuma grande variedade de ambientes aquáticos,desde o de águas doces ou salobras até os de regi-ões francamente marinhas. Muitas espécies não es-tão restritas somente a certos ambientes, caracteri-zados por determinada temperatura e propriedadesquímicas, como salinidade e pH, mas também a seusrespectivos modos de vida ou hábito.

Embora, no tempo, o registro delas ocorra doPré-Cambriano ao Recente, preservam-se somenteos depósitos recentes em face da influênciadestrutiva que fatores diagenéticos e metamórficosexercem sobre as microestruturas (IPT 1984). Aindasegundo IPT (1984), a formação de depósitos dediatomito depende da existência de condiçõesambientais propícias num período de tempo adequa-do para permitir uma acumulação significativa defrústulas silicosas. A sedimentação, no fundo doslagos, das frústulas de diatomáceas mortas dá ori-gem a depósitos minerais, os quais podem ser cons-tituídos, quase que exclusivamente, tanto porfrústulas silicosas como por uma mistura delas comargila, principalmente cauliníticas.

O diatomito ou esponjilito é uma rocha de as-pecto pulverulento, leve, composta de carapaças dealgas microscópicas ou frústulas de esponjiários,que variam de 10 a 500 micra, cuja estrutura é desílica amorfa hidratada. Incluem ainda, pequenas


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arenitos finos) e Formação Tatuí (Ptt - siltitos, arenitosfinos em parte concrecionados, calcários, sílex; corvermelho-arroxeada na parte inferior e esverdeadana superior), segundo IPT (1981) e MELO (1995).Afloram ainda argilitos, folhelhos e siltitos cinza,arroxeados ou avermelhados que constituem partedos depósitos que compõem a FormaçãoCorumbataí. Ocupando extensas áreas, também seexpõem os basaltos e diabásios do magmatismo Ser-ra Geral. A sedimentação neocenozóica é muito ex-pressiva nas áreas de estudo e estão representadas,principalmente, por depósitos colúvio-eluviaisareno-argilosos em topos e rampas de colinas am-plas, compreendendo extensas coberturas incoesassem estruturas sedimentares, com freqüentes níveisbasais rudáceos (MELO 1995).

O quadro 1 apresenta as características princi-pais das lagoas amostradas nas Áreas 1 e 2.

A Área 3 (Figura 1) abrange os municípios deAraçatuba, Guararapes, Birigüi, Penápolis e Barbo-sa onde as unidades litoestratigráficas que ocorremna área de estudo inserem-se entre as seqüências

sedimentares-magmáticas neojurássico-eocretácea eneocretácica (MILANI et al. 1994) representadaspelos grupos São Bento e Bauru (Figura 4). Osbasaltos da Formação Serra Geral afloram principal-mente ao longo dos vales do Rio Tietê e seus princi-pais tributários. Ocupando praticamente 95% da áreade interesse, segundo IPT (1984), afloram sedimen-tos do Grupo Bauru representados, predominante-mente, pela Formação Adamantina (Ka), redefinidarecentemente por FERNANDES (1998) como Forma-ção Araçatuba, e, subordinadamente pela FormaçãoSanto Anastácio. A primeira é constituída por lamitossiltosos a arenosos muito finos, de cor cinza-esverdeada, em estratos tabulares e maciços, en-quanto que a Formação Santo Anastácio constitui-se por arenitos quartzosos marrom arroxeado claro,com fração síltica subordinada, aspecto maciço ecom freqüente cimentação e concrecionamentocarbonático. Depósitos arenosos, areno-argilosos econglomeráticos ocorrem preferencialmente comomanchas isoladas ou ao longo dos vales dos princi-pais rios da região.

FIGURA 2 - Mapa geológico da Área 1, região de Leme/SP (MELO 1995). 1. Depósitos aluvionares; 2. Depósitoscolúvio eluviais; 3. Formação Rio Claro; 4. Intrusivas básicas; 5. Formação Corumbataí; 6. Formação Tatuí; 7. FormaçãoAquidauana; 8. Falhas.


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FIGURA 3 - Mapa geológico da Área 2, região de Casa Branca/SP (MELO 1995). 1. Depósitos aluvionares; 2.Depósitos colúvio eluviais; 3. Formação Rio Claro; 4. Intrusivas básicas; 5. Formação Corumbataí; 6. FormaçãoAquidauana; 7. Embasamento cristalino; 8. Falhas.

QUADRO 1 - Síntese das características das lagoas amostradas nas Áreas 1 e 2.

Área 1 2Lagoas pesquisadas 17 03

Cota altimétrica das lagoas 600 600Província Geomorfológica Depressão Períférica Depressão Periférica

Feições de relevo Colinas Amplas Colinas AmplasClima Tropical Quente Tropical Quente

Substrato geológico Depósitos Neocenozóicos Formação Aquidauana


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No quadro geomorfológico paulista, a área deinteresse inclui-se na Província Geomorfológica doPlanalto Ocidental Paulista, caracterizado por rele-vos monótonos de colinas e morrotes, da porçãooriental dos planaltos residuais de Marília-Garça-Echaporã e Catanduva (PONÇANO et al. 1981,MELO & PONÇANO 1983). Com base na classifica-ção do tipo de relevo (Colina Ampla e Colina Média)apresentada por esses autores, IPT (1984) posicionaos lagos interiores, alvos desse estudo, nos

interflúvios do relevo de Colinas Amplas e os asso-ciam como bacias isoladas ou como componentesdas cabeceiras de drenagens de primeira ordem. Es-ses lagos comportam-se como pequenos“embaciamentos” cenozóicos continentais, de sedi-mentação essencialmente argilosa, com probabilida-de de conter camadas com alta porcentagem de ma-terial biogênico (IPT 1984).

No quadro 2 tem-se as características princi-pais das lagoas amostradas na Área 3.

FIGURA 4 - Mapa geológico da Área 3, região de Araçatuba/SP (IPT 1981). 1. Depósitos aluvionares; 2. FormaçãoAdamantina; 3. Formação Santo Anastácio; 4. Formação Serra Geral.

QUADRO 2 - Síntese das características das lagoas amostradas na Área 3.

Área 3Lagoas pesquisadas 13

Cota altimétrica das lagoas 400Província Geomorfológica Planalto Ocidental

Feições de relevo Colinas AmplasClima Tropical Quente

Substrato geológico Formação Adamantina


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6 MATERIAIS E MÉTODOS

Os trabalhos, desenvolvidos durante progra-ma de prospecção superficial para materiaispozolânicos na porção interna da Bacia do Paraná(MONTANHEIRO 1999), no Estado de São Paulo,identificaram inúmeras lagoas ou “embaciamentos”com terras diatomáceas (Figura 1).

Com base na literatura geológica-geomorfológica e documentação cartográfica fez-sea amostragem em 32 lagos das áreas selecionadas,que estão ilustrados na figura 5. No campo, os tra-balhos de amostragem consistiram da coleta de tes-temunhos de sondagem em intervalos litológicosdistintos, que foram descritos macroscopicamente eestão representados nas seções dos furos de trado(Figura 6). O equipamento de perfuração utilizadofoi um trado tipo concha, com 2,5” de diâmetro, nãoconvencional (Figura 7).

Alíquotas representativas de cada intervaloamostrado foram analisadas mediante diferentesmétodos incluindo-se o da análise química por ICPpara os principais óxidos, por difração de raios X,quantificação de matéria orgânica e deorganogênicos, e pozolanicidade com cal e com ci-mento.

O método de análise visual, em lupa binocular,foi usado para se estimar o porcentual de frústulas eespículas presentes nas alíquotas de material flutu-ado e afundado obtidos do ensaio de meio densocom líquido de densidade 2,5 g/cm3. A partir dessaavaliação visual foram selecionadas duas amostrascom alto teor de espículas/frústulas (90 e 95%)identificadas, respectivamente, como TM-169 e TM-178.1 para os ensaios de confirmação de atividadepozolânica. Além delas, selecionou-se também umaamostra com cerca de 25 % de espículas/frústulas(TM-140.1) para os mesmos ensaios.

FIGURA 5 - Planta topográfica da Área 1, região de Leme/SP, ilustrando as lagoas onde se prospectou terras diatomáceas.Fonte: SF-23-Y-A-II-2, Rio Capetinga/SP, IBGE-1971, escala 1:50.000. 1. Lagoa; 2. Terreno sujeito à inundação;3. Ponto amostrado.


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7 RESULTADOS

Muito semelhantes às lagoas prospectadas nasregiões de Leme e Casa Branca, os 12 lagos que possi-bilitaram o desenvolvimento dos trabalhos deamostragem na região de Araçatuba, formamecossistemas constituídos por lagoas fechadas, isola-

das ou meandros e lagos afogados associados às pla-nícies de inundação da bacia hidrográfica do Rio Tietê.As lagoas possuem formato ovalado, com cerca de900m de comprimento ao longo do eixo maior e 300mdo menor. O perfil colunar típico da seqüênciasedimentar lacustrina (Figura 8), nas lagoas onde ocor-rem microesqueletos silicosos, inicia-se por uma cama-

FIGURA 6 - Seções litológicas elaboradas para a Área 3, região de Araçatuba, a partir da descrição dos testemunhos dasondagem a trado; Classificação litológica de campo: 1. argila com matéria orgânica; 2. argila com areia fina; 3. argilacompacta e plástica; 4. argila com esponjilito; 5. esponjilito; 6. areia com esponjilito; Estimativa visual de esponjilito e/ou frústulas (% em volume): A = alta (> 70%); M = média (50 – 70%); I = indeterminado (25 – 50%); B = baixa (< 25%).

FIGURA 7 - Amostragem em lago isolado. Lagoa do Boava, estrada Piraçununga-Aguaí, Km 10, Piraçununga/SP.


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da de turfa com areia fina que pode variar desde pou-cos centímetros até 0,4 m de espessura. Segue-se umafina camada argilo-arenosa de até 0,10 m e uma camadabiogênica de até 0,60 m de espessura constituída poresponjilitos/diatomáceas e, subordinadamente, peque-nas quantidades de argila. A camada subjacente, de até1,0 m de espessura, é constituída por esponjilito comargila de cor avermelhada. Ainda, rumo à base da colu-na há um espessamento das camadas argilosas comníveis arenosos, as quais sobrepõem uma camada are-nosa – de até 2,5 m de espessura – com níveis argilo-sos e, acima do embasamento, argila compacta amare-la. Alguns lagos desprovidos de cobertura vegetal ex-põem a camada de esponjilito como, por exemplo, naFazenda Monte Verde, Município de Araçatuba (Figu-ra 9; Amostra TM-169).

No cenário produtivo da construção civil regi-onal, as lagoas acumularam depósitos de esponjilitoe constituem fonte de matéria prima para várias ola-rias artesanais e semi-mecanizadas; seus produtosnobres são os tijolos, resistentes e muito leves (Fi-gura 10).

Os depósitos organogênicos pesquisados nastrês áreas de estudo foram representados por umapopulação de 136 amostras coletadas mediante son-dagem com furos de trado as quais estãoidentificadas na tabela 2.

FIGURA 8 - Seção-tipo localizada na RodoviaGuararapes-Araçatuba (Olaria Rodolfo, amostra TM-171).1. Depósito de matéria orgânica vegetal de cor preta comargila; 2. Camada argilo-arenosa cinza escura à clara; 3.Esponjilito cinza claro, mais argilo-arenoso no topo e nabase, com textura terrígena; 4. Camada de esponjilito comargila de cor avermelhada; 5. Camada argilosa com níveisarenosos; 6. Camada arenosa com níveis argilosos.

FIGURA 9 - Exposição de camada de “pó-de-mico” de coloração esbranquiçada no interior de lagoas isoladas. Olaria doSr. Jorge (Fazenda Monte Verde – amostra TM-169, Rodovia Araçatuba-Guararapes/SP).


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Os dados mostram profundidade média variá-vel para cada área pesquisada, a qual se deve ora àsdificuldades na execução dos furos a trado ora àpequena espessura de tais depósitos.

Os resultados das análises químicas encon-tram-se na tabela 3. Como se pode verificar, a sílica éo componente químico principal desses materiais.Secundariamente aparece a alumina devido, princi-palmente, à caulinita. Nos resultados apresentadospela amostra TM-178, observa-se que o teor dealumina aumenta à medida que se aprofunda o furo,devido à presença da caulinita. Em todas as lagoaspesquisadas, observou-se que a terra diatomácea épreservada somente nos primeiros dois metros dacoluna sedimentar. Quando a terra diatomácea é so-

TABELA 2 - Características físicas dos pontos de amostragens dos depósitos organogênicos.

Área 1 2 3Furos a trado 18 4 12

Profundidade total(m) 53,9 15,2 14,4Número de amostras 78 21 37Lagoas perfuradas 17 3 12

Profundidade média dos furos (m) 2,9 3,8 1,2

FIGURA 10 - Fabricação artesanal de tijolos: produção média de 1500 tijolos/homem/dia (equivalente a R$7,00/dia em1997). Olaria do Tim, Penápolis/SP.

terrada ocorre a sua transformação para caulinita,explicada, provavelmente, por um mecanismo ideali-zado por BOHOR & TRIPLEHORN (1993), como se-gue:

Segundo esse mecanismo, supõe-se que asílica reativa das espículas e frústulas, quando emcontato com a água, sofra hidrólise, forme silicatode alumínio e deixe cátions em solução. Os ácidos


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orgânicos produzidos pela matéria orgânica agemcomo catalisadores, transformando o silicato de alu-mínio em caulinita. Por esse motivo, as espículas efrústulas não são encontradas em níveis mais pro-fundos da seção sedimentar dos fundos de lagoas.Assim, passa-se de terras diatomáceas quase puras– com mais de 90% de frústulas – para terrasdiatomáceas impuras com pequena quantidade dematerial organogênico e mais argila. Entretanto, issonão impede a sua utilização pela indústria do cimen-to, pois o material argiloso (caulinita) pode sercalcinado a 600O C, por exemplo, e ter assim a suapropriedade pozolânica ativada. A propósito, esteprocesso de ativação térmica produz pozolanas comexcelentes desempenhos mecânicos (resistência àcompressão), como foi estudado em detalhe porZAMPIERI (1989 e 1993).

Nas amostras selecionadas procedeu-se à iden-tificação das fases minerais por difração de raios X,conforme os difratogramas apresentados na figura

TABELA 3 - Componentes químicos de amostras representativas dos intervalos amostrados nos depósitosorganogênicos das Áreas 1 e 3. Maiores constituintes expressos em % pelo método de absorção atômica.PPC= perda ao fogo em %.

No DA AMOSTRA PPC SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MnO2 P2O5 TiO2 Cr2O3 SnO2 V2O5 ZrO2

ÁREA 1 (REGIÃO DE LEME)TM-140-1 2,99 86,17 8,48 0,76 -0,01 0,04 -0,01 0,06 0,01 0,12 1,31 0,02 -0,01 -0,01 0,08TM-140-2 2,79 87,57 7,1 0,93 -0,01 0,02 -0,01 0,06 0,01 0,32 1,13 0,01 -0,01 -0,01 0,09TM-140-3 1,98 88,47 7,04 0,88 -0,01 0,04 -0,01 0,08 0,01 0,31 1,11 0,01 -0,01 0,01 0,07TM-140-4 2,37 87,8 7,33 0,92 -0,01 0,02 -0,01 0,07 0,01 0,21 1,18 0,02 -0,01 -0,01 0,1

ÁREA 3 (REGIÃO DE ARAÇATUBA)TM-169 0,79 92,98 1,96 1,72 0,1 0,07 0,12 0,45 0,04 -0,01 0,73 0,99 -0,01 -0,01 0,09TM-178-1 3,24 90,24 4,29 0,78 0,1 0,08 0,05 0,26 0,02 0,01 0,61 0,3 -0,01 -0,01 0,03TM-178-2 4,58 78,79 12,19 1,4 0,16 0,11 0,03 0,2 0,02 -0,01 1,66 0,72 -0,01 0,02 0,13

11, respectivamente para as amostras TM-140.1, TM-169 e TM-178.1.

Os principais componentes mineralógicos iden-tificados na amostra TM-169 são quartzo e caulinita.Por outro lado, verifica-se que as amostras TM-140.1e TM-178.1 contêm illita, além dos componentes mi-nerais observados anteriormente. Contudo, a feiçãomarcante dos difratogramas TM-169 e TM-178.1 é a

FIGURA 12 - Fotomicrografias de espículas de esponjas.(A) polarizadores paralelos; (B) polarizadores cruzados,mostrando caráter isótropo das espículas.

A

B

FIGURA 11 - Difratogramas de raios X de esponjilitosmostrando uma banda de material amorfo no intervalo 2θde 18 a 32º


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presença de uma banda de material amorfo no inter-valo 2ø de 18 a 32o (sílica amorfa do esponjilito). Es-tudados ao microscópio de luz refletida, as espículasapresentam-se isótropas, conforme mostra a figura12 (a e b).

Ao microscópio eletrônico de varredura estaassociação organogênica, apesar de apresentar a

FIGURA 13 - Aspecto geral da associação organogênica,com espículas e diatomáceas. Colaboração da Dra. CecíliaVolkmer Ribeiro (Fundação Zoobotânica do Rio Grandedo Sul). 1. Rótula inferior de gemosclera de Metania spinata;2. Rótula de memosclera de Dosilia pydanieli; 3. Pedaçocentral de microsclera de Dosilia pydanieli; 4. Megasclerade Corvomeyenia thermi.

mesma composição química (sílica amorfa), diferen-cia-se na origem e nas formas: algas diatomáceasgeralmente mostram formas naviculares ou cêntricasenquanto que as espículas de esponjiários caracte-rizam-se por micro-tubos aciculares, conforme ilus-tração na figura 13.

Com a finalidade de confirmar os produtos dareação pozolânica, uma pasta preparada comhidróxido de cálcio + esponjilito foi submetida a umperíodo de cura. A composição dessa pasta mante-ve a proporção em massa de uma parte de hidróxidode cálcio para duas de esponjilito. A cura foi feita emestufa à temperatura constante de 30o C durante 7dias. O material curado foi moído e analisado pordifração de raios X (Figura 14). Nessa figura é possí-vel verificar, pelo difratograma da pasta curada, quea banda amorfa dada pelo esponjilito é significativa-mente atenuada, assim como também ocorre a for-mação de C-S-H (silicato de cálcio hidratado) – umproduto da reação química do hidróxido de cálcio +sílica amorfa de espículas e frústulas. Esta figuramostra ainda que a reação química foi interrompida a7 dias de cura, conforme metodologia desenvolvidapelo autor sênior deste trabalho (MONTANHEIRO1999), uma vez que a portlandita (hidróxido de cál-cio) não foi totalmente consumida e, portanto, a rea-ção química ainda continua.

Quando a pasta curada foi submetida à análisepor microscopia eletrônica de varredura houve apossibilidade de se obter a imagem que está regis-trada na figura 15. Essa figura é bastante didática emostra a reação pozolânica se processando junto àuma espícula de esponja ainda preservada desta-cando-se o silicato de cálcio hidratado que a preen-

FIGURA 14 - Difratogramas de raios X da amostra TM-169 natural, com hidróxido de cálcio após 7 dias e dohidróxido de cálcio-PA.

Escala 2θ


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che e circunda. À medida que se desenvolve a rea-ção pozolânica a espícula de esponja será, prova-velmente, consumida. É preciso ressaltar que o con-sumo máximo de hidróxido de cálcio ocorre a 7 diasde cura, mas o consumo total pode chegar a 180dias, conforme observou LEA (1970).

A fim de confirmar o produto neoformado, oponto assinalado na figura 15 foi analisado quimica-mente com raios X por energia dispersiva - EDS (Fi-gura 16). Como se pode verificar nesta figura, o ma-terial neoformado que começa a preencher e envol-ver os espaços vazios da espícula é um silicato decálcio hidratado (C-S-H).

Os ensaios de confirmação de atividadepozolânica com cal e com cimento foram realizadospelo Laboratório de Ensaios de Concreto da Associ-ação Brasileira de Cimento Portland, de acordo comas normas vigentes nas NBR 5751/92 (ABNT 1992a)e NBR 5752/92 (ABNT 1992b). Os resultados obti-dos encontram-se na tabela 4.

Apesar de as normas NBR 5751/92 (ABNT1992a) e NBR 5752/92 (ABNT 1992b) não menciona-rem o limite de finura do material ensaiado, admitiu-se um resíduo máximo de 20% na peneira de #325(45µm), conforme prescrito na norma ASTM C 595M-97 (ASTM 1997).

É oportuno lembrar a importância da finura eda área específica como características físicas, umavez que, juntamente com a composição química daamostra, elas melhoram a intensidade e velocidadeda reatividade química com o hidróxido de cálcio e,conseqüentemente, a resistência mecânica dapozolana com cal e cimento.

Com base nos resultados obtidos as amostrasTM-169 e TM-178.1, que apresentaram resistência acompressões superiores a 6,0 MPa a 7 dias, podem

ser consideradas pozolanas naturais. Conforme osresultados apresentados, verifica-se que o teor deespículas/frústulas é o fator preponderante nareatividade pozolânica. A amostra TM-140.1 foi en-saiada com a finalidade de se testar o limite inferior,contudo não foi possível realizar maior número deensaios com o objetivo de determinar a quantidademínima e/ou para levantar uma reta de regressão,devido aos altos custos envolvidos. A difração deraios X revelou-se, no caso de amostras de materiaisorganogênicos, como uma ferramenta valiosa parafins de prequalificação da atividade pozolânica.

8 CONCLUSÃO

Os materiais organogênicos prospectados noEstado de São Paulo são encontrados em lagos depequenas dimensões (não atingem meio Km2) exis-tentes na Depressão Periférica e no Planalto Oci-dental. Na região de Leme-Casa Branca formaram-se, preferencialmente, sobre a Formação Aquidauanae sedimentos continentais quaternários; no Planal-to Ocidental, região de Araçatuba, aparecem associ-ados à Formação Araçatuba. Na realidade, a forma-ção das lagoas não depende do substrato geológi-co propriamente dito, mas decorre, mais freqüente-mente, da existência de uma camada subjacente im-permeável e, sobretudo, do clima. Além disso, ob-servou-se que as espículas e frústulas são seme-lhantes em todas as regiões pesquisadas.

Esses materiais, constituídos por espículas efrústulas de tamanho micrométrico possuem aspec-to terrígeno, com ocorrência de análogo aspecto emtoda a área do embaciamento topográfico e se situ-am sempre na camada superficial do registrosedimentar, com espessura inferior a 1 metro e emquantidade interessante para o aproveitamento. Asamostras analisadas na parte inferior da seção nãorevelaram a presença de material organogênico, em-bora existam alguns fragmentos dele, como foramobservados em lupa binocular. Na realidade, asespículas e frústulas em virtude de sua altareatividade química, como ficou mencionado anteri-ormente, não são preservadas após o soterramentode sedimentos seja por sua fragilidade física, sejapor sua instabilidade química.

É certo, no entanto, que os materiaisorganogênicos pesquisados apresentaram índices deresistência a compressão superiores a 6,0 MPa emargamassas de cal e acima de 75% de atividadepozolânica com cimento, o que lhes confere classifi-cação, portanto, de pozolanas naturais uma vez queatendem às especificações recomendadas pela Asso-

FIGURA 15 - Detalhe de uma espícula, em cortetransversal, na pasta de hidróxido de cálcio observada naimagem do microscópio eletrônico de varredura.


15

ciação Brasileira de Normas Técnicas-ABNT (NBR5751/92 e NBR 5752/92). Todavia, as terrasdiatomáceas, segundo a pesquisa executada, devidoà reduzida quantidade encontrada, não apresentampotencial geológico para aplicação na indústria docimento, prestando-se a serem utilizadas na indústriaartesanal de tijolos cerâmicos, cuja produção ajuda afixar parte da população rural nessa atividade.

A propósito das terras diatomáceas, ressalte-se que, na região nordeste do Brasil, as que se en-contram nas grandes lagoas são rotineiramente uti-lizadas pela indústria cimenteira como aditivos (naproporção de até 5%), mas não como matéria-primapara fabricação de cimento pozolânico propriamen-te dito. O emprego delas para fabricação de cimentopozolânico como substituto em até 40% do clínquerutilizado, fica obviamente barrado pelo volume ne-cessário de reserva geológica de algo em torno dealguns milhões de toneladas de material. No entan-to, ao mesmo tempo se evidencia a possibilidade de

se proceder à ativação térmica das terras diatomáceasimpuras para aumentar significativamente a suapotencialidade como materiais pozolânicos, princi-palmente em regiões desprovidas de argilascauliníticas. Concluindo, se as terras diatomáceasencontradas nas lagoas prospectadas não são atra-tivas para a indústria cimenteira, elas podem ser apro-veitadas para outras finalidades industriais, comomencionadas anteriormente, caso elas sejamenriquecidas mediante processos de beneficiamentomineral.

9 AGRADECIMENTOS

À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estadode São Paulo – FAPESP (Processo 95-8815-3) pelaoutorga do auxílio que permitiu a realização dessapesquisa, ao Professor Jayme Antonio Montanheiropela correção do texto e aos relatores cujas contri-buições melhoraram o manuscrito.

TABELA 4 - Resultados dos ensaios para determinação do índice de atividade pozolânica em amostras deesponjilitos.

Ensaios AmostraTM-169 TM-178.1 TM-140.1

Massa específica (g.cm3) 2,22 2,17 2,59Área específica (cm2.g-1) 12.590 10.290 6.200Resíduo na peneira de 45 µm (%) 9,7 10,2 14,2Quantidade de água (g) 225 268 235Índice de atividade pozolânica com cal (MPa) 6,4 6,4 0,9Índice de atividade pozolânica com cimento (%) 96 77 N.R.N.R. = não realizado

FIGURA 16 - Espectro de EDS obtido para o ponto A da figura 15. O ouro e o carbono decorrem de processo depreparação da amostra. O produto da reação é um composto de silicato de cálcio hidratado (C-S-H).


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Endereço dos autores:Tarcísio José Montanheiro: Instituto Geológico, Secretaria do Meio Ambiente do Estado de São Paulo.Avenida Miguel Stéfano, 3900 – CEP 0431-903 – Água Funda, São Paulo/SP. E-mail:[email protected] Kazuo Yamamoto/Lilia Mascarenhas Sant´Agostino/Yushiro Kihara/Márcia Mika Saito: Instituto deGeociências, Universidade de São Paulo. Rua do Lago, 562 – CEP 05508-900 – Cidade Universitária, SãoPaulo/SP.

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TERRAS DIATOMÁCEAS: UMA POZOLANA … · do concreto (METHA & MONTEIRO 1994). Além disso,...

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