FISICO, QUIMICA DE ARCILLAS.pdf

bueno

1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, ARQUITECTURA
Y SISTEMAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
FISICO QUIMICA DE LAS ARCILLAS
DOCENTE:
JORGE LUIS MARTINEZ SANTOS
ALUMNOS:
Barón mantilla marco Fabián
Barrantes malca Royer eli
Calderon bravo Johan slather
Carrasco Matos Elías
Castro condore Carlos Antoni
Chambergochumanroberto alexander
2022

2. Introducción
Sedaelnombredearcillaalaspartículassólidascondiámetromenora
0.005mmycuyamasatienelapropiedaddevolverseplásticaalser
mezcladaconagua.
Químicamenteesunsilicatodealúminahidratado,aunqueennopocas
ocasionescontienetambiénsilicatosdehierroodemagnesio
hidratados.
Acontinuaciónenlassiguientesdiapositivashablaremosloque
respectaalafísicoquímicadelaarcilla.

3. DEFINICIONES
Sederivanlasarcillasdeladescomposiciónquímica
denumerososminerales(principalmentesilicatos,
feldespatosymicas)queseencuentranenlasrocas
ígneasymetamórficas.Laestructuracristalinadela
arcillaesdiferentedelaestructuracristalinalaroca
madre.Elcomportamientomecánicoehidráulicode
lasarcillasestádeterminadoporsuestructuraen
general,ysuconstituciónmineralógicaenparticular(a
diferenciadelossuelosgruesosdondelamineralogía
esmenosimportantequesuarreglooacomododesus
partículas).

4. Lasarcillasestánbásicamenteconstituidasporsilicatosdealuminiohidratados,yenalgunas
ocasiones,silicatosdemagnesio,hierrouotrosmetales,tambiénhidratados.Estosminerales
tienen,casisiempre,unaestructuracristalinadefinida,cuyosátomossedisponenenretículas
regularesqueseconectanparaformarláminasreticulares.
Sepuededecirquehaydostiposclásicosdetalesláminas:unodeellosdeltiposilícicoyel
otrodetipoalumínico.
Unaláminadeltiposilícicoseencuentraformadaporunátomodesiliciorodeadoporcuatro
átomosdeoxígeno,arreglándoseelconjuntoenformadetetraedro
Lámina silícica

5. Una lámina del tipo alumínico está formada por un átomo de aluminio rodeado de seis átomos
de oxígeno e hidrógeno arreglándose el conjunto en forma de octaedro, los cuales se agrupan
entre sí mediante un átomo común de oxígeno, repitiéndose la formación indefinidamente y
dando como resultado una retícula laminar alumínica.
De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcilla se pueden clasificar en tres grupos
básicos, que son:
•El caolinítico (del nombre chino Kau-ling).
Lámina alumínica
Lámina silícica
Lámina alumínica

6. •El montmorilonítico (que se debe su nombre a Montmorrillón, Francia).
Lámina alumínica
Lámina silícica
Lámina silícica
??????
2�
•El ilítico(que debe su nombre a Illinois, EE.UU)
Lámina silícica
Lámina silícica
Lámina alumínica
??????+

7. 1. GENERALIDADES
Enlosgranosgruesosdelossuelos,lasfuerzasdegravitaciónpredominanfuertementesobrecualesquiera
otrasfuerzas,porello,todaslaspartículasgruesastienenuncomportamientosimilar.
Elcomportamientomecánicoehidráulicodelossuelosgruesosestádefinidoporcaracterísticas
circunstanciales,talescomolacompacidaddeldepositoylaorientacióndesuspartículasindividuales

8. Ensuelosdegranomuyfino,sinembargo,fuerzasdeotrostiposejercenacción
importantísima;elloesdebidoaqueenestosgranos,larelacióndeáreaavolumen
alcanzavaloresdeconsideraciónyfuerzaselectromagnéticasdesarrolladasenla
superficiedeloscompuestosmineralescobransignificación.Engeneralseestima
queestaactividadenlasuperficiedelapartículaindividualesfundamentalmentepara
tamañosmenoresque2micras(0.002mm)(JuárezyRico,2005).
Lamagnituddeláreaporunidaddemasa,superficieespecífica,resultaunabuena
indicacióndelainfluenciarelativadelascargaseléctricassobreelcomportamientode
lapartícula(LambeyWhitman,1981).
Lado del
cubo (cm)
Número de
partículas
Volumen
total (??????�
3
)
Área Total (??????�
2
)
Área
total/volumen
(
1
????????????
)
1 1 1 6 6
1?????? 10
12
1 60 000 60000
1�??????10
21
1 60 000 000 60 000 000

9. ❑Lasuperficiede cada
partículadesueloposee
carga eléctricanegativa
(JuárezyRico,2005).
❑Laintensidaddelacarga
dependedelaestructuración
ycomposicióndelaarcilla.Así
lapartículaatraealosiones
positivosdelaguayacationes
de diferenteselementos
químicoscomo:Na
+
,K
+
,Ca
++
,
Mg
++
,Al
+++
,Fe
+++
,etc.

10. ➢Lamagnituddelaspresiones
deadsorción…20,000kg/cm2
reportadapor(Winterkorny
Baver)
➢Bridgman:estudiolavariación
delpuntodecongelacióndel
aguacuandoestasometidaa
grandespresiones….Auna
presiónde10,000kg/cm2
ocurrelacongelación del
agua,paraunatemperatura
de+30ºC.
Deloanteriorpuedededucirsequealastemperaturas
aqueseencuentranormalmenteenlamasadel
suelo,tendrálaspropiedadessimilaresaladelhielo.

11. Mineralogía de las Arcillas.
Sederivanlasarcillasdeladescomposiciónquímicadenumerososminerales
(principalmentesilicatos,feldespatosymicas)queseencuentranenlasrocas
ígneasymetamórficas.
Elcomportamientomecánicoehidráulicodelasarcillasestádeterminadoporsu
estructuraengeneral,ysuconstituciónmineralógicaenparticular(adiferencia
delossuelosgruesosdondelamineralogíaesmenosimportantequesuarregloo
acomododesuspartículas).

12. Suspropiedades derivan
principalmentede:
❑Supequeño tamañode
partícula.
❑Su morfología laminar
(filosilicatos).
❑Lassustitucionesisomórficas,
quedanlugarala
aparicióndecargaenlas
láminas.
❑Capacidaddeintercambio
catiónico.
HerenciaIndicaqueelmaterialarcillosofue
derivadodirectamentedeunarocamadreyeseste
tipodearcillaselquepredominaenlossedimentosde
lagosymares.Comúnenlasregionesárticas.

13. Lasarcillasestánbásicamenteconstituidaspor
SILICATOSDEALUMINIOhidratados,yen
algunasocasiones,silicatosdemagnesio,
hierrouotrosmetales,tambiénhidratados.
Estosmineralestienen,casisiempre,una
estructuracristalinadefinida,cuyosátomosse
disponenenretículasregularesquese
conectanparaformarláminasreticulares.
COMPOSICIÓN Y
ESTRUCTURAS CRISTALINAS.

14. ESTRUCTURARETICULARFUNDAMENTAL
Estudiosdemuestranquehaydostiposdeestructurasreticulares
fundamentales,LAESTRUCTURASILÍCICAYLAALUMÍNICA.
❑Est.LaminarSilícica.
Laestructurareticulolaminarsilícica
consistedeunaseriederetículassilícicas,
cadaunocompuestodeunátomode
silicioenelcentro,rodeadoporcuatro
átomosdeoxígeno,Tambiénpuede
llamarselaestructurareticulolaminar
tetraédricaosimplementelalámina
tetraédrica.

15. ❑Est.ReticulolaminarAlumínicas.
La estructurareticulolaminar
alumínicaconsistederetículas
octaédricas, cada uno
compuesto deunátomode
aluminioenelcentro,rodeadopor
seisradicalesde oxígeno.
Tambiénsellamalaestructura
reticulolaminaroctaédrica o
simplementelaláminaoctaédrica.

16. 02
.
03.
04
.
05.
Pirofilita
Caolinita
Vermiculita
�??????????????????,??????�
3??????�,????????????
4�
10(�??????)
2.4??????
2�
Esmectita
01.
Montmorillonita
�??????,????????????
0.33??????�,�??????
2????????????
4�
10�??????
2.�??????
2�
Illita
????????????
3�??????�,�??????,????????????
2????????????,??????�
4�
10[�??????
2,(??????
2�)]
ARCILLAS
06
.
??????�
2????????????
4�
10(�??????)
2
??????�
2????????????
2�
5(�??????)
4

17. Caolinita
❑La caolinita es un mineral de
arcilla, con una consistencia
suave y una textura terrosa.
Se rompe fácilmente cuando
está mojado.

18. Caolinita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Baja o nula
Baja o nula. Solo tiene
cargas de borde
CIC es baja (1 a 10 cmol(+)/kg)
No retienen cationes (??????
+
,????????????
++
,�??????
++
)
Suelos no fértiles. Suelos tropicales (de color rojizo)
Suelos poco deformables

19. Illita
❑La illitaes un mineral de clase
filosilicatos, según la
clasificación de Strunz, del
grupo de las micas. Es una
arcilla no expansiva. micácea

20. Illita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Elevada
Alta densidad de carga
eléctrica
CIC es baja (10 a 40 cmol(+)/kg)
Loscationes ??????
+
están fuertemente retenidos con
tanta fuerza,que no son intercambiables.
Suelos fértiles.
Suelos poco deformables

21. Esmectita
❑Estos minerales suelen precipitar
en cuencas sedimentarias
endorreicas con PH alcalino y gran
concentración iónica. También
pueden aparecer como productos
de alteración hidrotermal de rocas
ácidas o neutras

22. Esmectita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Moderada
Alta densidad de carga
eléctrica (tamaño de
las láminas).
CIC es alta (80 a 150 cmol(+)/kg)
Antela ausencia de ??????
+
, permite el ingreso de
cationes.
Suelos fértiles.
Suelos muy deformables.

23. Minerales interestratificados
Vermiculita
Clorita
Las cloritas son minerales 2:2 porque
presentan en el espacio interlaminar una
lámina de gibsita (dioctaédrica) o una lámina
brucita (trioctaédrica)
La estructura de la vermiculita se asemeja a la
de una mica de la cual puede proceder por
meteorización. En este caso a partir de biotita

24. 2. INTERCAMBIO
CATIONICO

25. Capacidad de Intercambio Catiónico
CIC

26. MONTMOR
ILLONITA
ILITACAOLINITA

27. 3. CAMBIO EN LAS
PROPIEDADES MECÁNICA
DE UNA ARCILLA

28. PROPIEDADES FISICO QUIMICAS
Sus propiedades derivan principalmente de:
❑Su pequeño tamaño de
partícula.
❑Su morfología laminar.
❑Las sustituciones isomórficas,
que dan lugar a la aparición de
carga en las laminas.
❑Capacidad de intercambio
catiónico.

29. Superficie específica
Lasuperficieespecificadeuna
arcillasedefinecomoeláreadela
superficieexternamaseláreadela
superficieinterna
Lasarcillasposeenunaelevada
superficieespecíficamuyimportante
paraciertosusosyaquela
interacciónsolido-fluidodepende
directamentedeestapropiedad.

30. Capacidad de absorción
Enalgunasarcillasencuentran
suprincipalcampodeaplicación
enelsectordelosabsorbentes
yaquepuedenabsorberaguau
otrasmoléculasenelespacio
interlaminar

31. Capacidad de hinchamiento
Laabsorcióndeaguaenel
espaciointerlaminartienecomo
consecuencialaseparaciónde
laslaminasdandolugaral
hinchamiento

32. Capacidad de plasticidad
Lasarcillassoneminentementeplásticas.Estapropiedadse
debeaqueelaguaformaunaenvueltasobrelaspartículas
laminaresproduciendounefectolubricantequefacilitael
deslizamientodeunaspartículassobreotrascuandoseejerce
unesfuerzosobreellas.

33. Capacidad de Tixotropía
Latixotropíasedefinecomoel
fenómenoconsistenteenlapérdidade
resistenciadeuncoloidealamasarloy
suposteriorrecuperaciónconel
tiempo.
Lasarcillastixotrópicascuandoson
amasadasseconviertenunverdadero
liquido.Siacontinuación,selasdeja
enreposorecuperanlacohesión,así
comoelcomportamientosólido

34. 4. “RELACIONES ENTRE LAS FASES SÓLIDA Y
LÍQUIDA EN UNA ARCILLA”
4.1. NEXOS PRIMARIOS
Ocurren entre los átomos de un
cristal de arcilla
4.2. NEXOS SECUNDARIOS
Nexos que se establecen entre
moléculas.
4.3. RELACIONES ENTRE LAS
PARTICULAS CRISTALINAS
DE ARCILLA Y AGUA.
Relaciones que existen entre los cristales
de arcilla que forman la estructura sólida del
suelo y del agua.

35. a) NEXOS IÒNICOS
4.1NEXOS PRIMARIOS
Seestablecenentre2átomosquetengan
incompletoelnúmerodeloselectronesen
sus bandas mas exteriores.
Unátomoquepierdeloselectronesensu
bandaextrema,quepasanaocuparlos
lugaresdeloselectronesfaltantesenla
bandaextremadelotro.

36. Los átomos que pierden o ganan electrones se
denominan iones y poseen carga desbalanceada.
Átomo neutro –electrón Ion positivo Átomo neutro + electrón Ion negativo

37. b) Nexos
Covalentes
Ocurreentre2átomosa
cadaunodeloscualesles
faltaunoomaselectrones
ensusbandasextremas.

38. c. EL NEXO A
TRAVÉS DE UN
NÚCLEO DE
HIDRÓGENO
05.
Enocasionesunátomodehidrógeno
sepuedecombinarconunátomode
oxígeno,deFlúorodeNitrógeno
principalmentecediendosuúnico
electrónalátomomaspesado
(electronegativo).

39. Fuerzas a consecuencia de
la naturaleza polar de las
moléculas. Ejm: El agua.
En estas moléculas , los
centros de carga positivo y
negativo no coinciden.
La molécula en conjunto
funciona como un pequeño
dipolo permanente.
FUERZAS DE VAN DER WAALS
4.2. NEXOS SECUNDARIOS

40. 4.3. RELACIONES ENTRE LAS PARTICULAS
CRISTALINAS DE ARCILLA Y AGUA.
A continuación se presenta todos los fenómenos del comportamiento de los
suelos:
Cuandounapartículacristalinade
arcillaquedarodeadadeagua,
átomosdeoxígenodelcristal
quedanenlasuperficiedeestos,
como consecuenciadesu
constitucióninterna.

41. Lascargasnegativasdelosátomosde
oxígenoenconsecuencia,creanenla
superficiedelcristalreal,uncampo
eléctricohaciaelexterior,conlocuallas
moléculasdeaguavecinaseionizan,de
maneraquelosionesdehidrógeno
positivosresultancaptadosporelcristal,
asícomotambiénlohacenloscationes
quepudierahaberendisoluciónenel
agua.

42. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA ADSORBIDA POR
UN MINERAL ARCILLOSO
*Aguasólida→Propiedadessimilaresalasdelhielo.
*Aguaviscosa→Propiedadesintermediasentreelhieloyelaguaenestado
líquido.Comportamientodeunfluidodealtaviscosidad.

43. BIBLIOGRAFÍA
•JUAREZBADILLO,Eulalio,RICORODRIGUEZ,Alfonso,MecánicadeSuelos
Tomo I Fundamentos de la Mecánica de suelos, México, Ed. Limusa, 1985.
•RICORODRIGUEZ, Alfonso, DEL CASTILLO, Hermilio, La Ingeniería de Suelos en
las ViasTerrestres, México, Ed. Limusa.
•https://accefyn.com/revista/Vol_31/121/537-544.PDF
•https://www.u-cursos.cl/diplomados/2009/2/DMS-TFD/1/material_docente/bajar
•BRAJA DAS, Fundamentos de Ingeniería Geotecnica.