GMA

Para la prxima clase (clase de hoy)

Leer captulo 1 y 4 del libro Mecnica de Suelos de Lambe y Whitman

GMA

Repasemos la clase anterior

Qu aprendimos la clase pasada?

Cul era la idea central de la clase?

Clases

Sigamos

Interaccin

GMA

Unidades Estructurales Bsicas

Los minerales de arcilla estn compuestos de dos unidades estructurales distintas.

0.29 nm

Aluminio o magnesio

Hidrxido o oxgeno

0.26 nm

oxgeno

slice

Tetraedro de slice Octaedro de aluminio

GMA

Hoja tetradrica

Muchos tetraedros unidos forman una lmina tetradrica

tetraedro

hexagonal

GMA

Hojas Tetradricas y Octadricas

Por simplicidad, representemos la hoja tetradrica por:

Si

y la hoja octadrica por:

Al

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Minerales de Arcilla

Diferentes combinaciones de hojas tetradricas y octadricas dan lugar a diferentes minerales de arcilla:

1:1 Mineral de Arcilla (Caolinita, Haloisita, por ej.):

GMA

Minerales de Arcilla

Diferentes combinaciones de hojas tetradricas y octadricas dan lugar a diferentes minerales de arcilla:

2:1 Mineral de Arcilla (Montmorilonita, Ilita, por ej.):

GMA

Caolinita

SiAl

SiAl

SiAl

Unidas por fuertes enlaces de Hidrgeno difcil separacin Unidas por

compartir un oxgeno

SiAl

Tpicamente 70-100 capas

0.72 nm

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Caolinita

Se usa para la fabricacin de pinturas, papel y cermica, entre otros usos.

(OH)8Al4Si4O10

De la familia de la Caolinita; tiene agua entre sus unidades bsicaspartcula tubular(OH)8Al4Si4O10.4H2O

Haloisita

GMA

Montmorilonita

Se expande en contacto con el agua

SiAlSi

SiAlSiUnidas por enlaces dbiles

de van der Waals

SiAlSi

fcilmenteseparadas por agua

0.96 nm

GMA

Montmorilonita

Arcilla altamente reactiva (expansiva)

(OH)4Al4Si8O20.nH2O Se expande en contacto con el agua

Bentonita Alta afinidad con el agua De la familia de la montmorilonita

se usa como lodo de excavacin, en paredes moldeadas, como barrera hidrulica

GMA

Ilita

SiAlSi

SiAlSi

SiAlSi

unidas por K+

calza en los huecos hexagonales de las hojas tetradricas.

0.96 nm

GMA

Otras

Clorita Un mineral 2:1:1 (???)

VermiculitaSi Al Al o Mg

de la familia de la montmorilonita; 2 intercapas de agua

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Partcula de Arcilla

Forma de lmina o aguja

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Estructura de la arcilla

Contacto borde-caraContacto cara-cara

DispersaFloculada

GMA

Estructura de la arcilla

Ambiente electroqumico (pH, acidez, temperatura, cationes presentes en el agua) durante la

sedimentacin altera significativamente la estructura de la arcilla. Las partculas de arcilla tienden a alinearse perpendiculares a la carga aplicada.

GMA

GMA

Microscopio electrnico

Tcnica comn para ver minerales de arcilla

estructura de lmina

cualitativa

GMA

Otros

Difraccin de rayos-X (XRD) Para identificar la estructura molecular y los minerales presentes

Anlisis trmico diferencial (DTA) para identificar los minerales presentes

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Carta de Plasticidad de Casagrande

0

10

20

30

40

50

60

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Liquid Limit

P

l

a

s

t

i

c

i

t

y

I

n

d

e

x

A-line

U-line

montmorilonita ilita

caolinita

clorita

haloisita

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Superficie Especfica

rea superficial por unidad de masa (m2/g)

mientras ms chico el grano, mayor superficie especfica

supongamos un grano de suelo con peso especfico 2.7

10 mm 1 mm

sup. esp. = 222.2 mm2/g sup. esp = 2222.2 mm2/g

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Substitucin Isomorfa

substitucin de Si4+ y Al3+ por cationes de menor valencia ( Mg2+)

produce un desequilibrio inico (carga neg. neta)

++

+ + +

+

+__ _

_ _

_

_

___

_

_

_

_

_

_

_

_

___

__

bordes cargados positivos

caras cargadas negativamente

Partcula de arcilla con Carga negativa Neta

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Capacidad de Intercambio Inico (CII)

capacidad para atraer cationes del agua (medida de la carga neg. neta de una partcula de arcilla)

conocidos como cationes intercambiables

medida en me/100g (carga neg. neta por 100 g de arcilla) miliequivalentes

El poder de reemplazo es mayor para cationes con mayor valencia y mayor tamao.

Al3+ > Ca2+ > Mg2+ >> NH4+ > K+ > H+ > Na+ > Li+

GMA

Una Comparacin

20-3080Clorita

80-120800Montmorilonita

20-3080-100Ilita

3-1010-20Caolinita

C.I.I. (me/100g)

Sup. Especfica(m2/g)

Mineral

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Concentracin de cationes en el Agua

La concentracin de cationes cae con la distancia de la partcula de arcilla

++++

+

++

+

+

+

+

+

+

+

++ +

+

+

+ +

++

++

+

++

+

+

+

++

+

++

+

+

+

++

+

+ + +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+ ++

+

+

+

++

++

+

++

+

+

+

++

+

++

+

+

+

+ +

+

cationes- -- -- -- -- -- -- -

partcula de arcilla

doble capa agua libre

GMA

Agua Adsorbida

Es una fina capa de agua fuertemente adherida a la partcula; como piel 1 a 4 molculas de agua de espesor (1 nm) agua ms viscosa que libre

- -- -- -- -- -- -- -

agua adsorbida

GMA

Qu pasa en el Agua

- -- -- -- -- -- -- -

agua libre

doble capa de agua

agua adsorbida

50 nm

1nm

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GMA

Resumen Arcillas

Las partculas de arcilla son como lminas o agujas. Estn cargadas negativamente.

Las arcillas son plsticas; limos, arenas y gravas no lo son.

Las arcillas poseen alta resistencia al secado y baja dilatancia.

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Resumen - Montmorilonita

Las Montmorilonitas poseen una muy alta sup. especfica, capacidad de intercambio inico, y afinidad con el agua. Son arcillas reactivas.

Las Montmorilonitas poseen un muy alto lmite lquido (100+), ndice de plasticidad y actividad (1-7).

La Bentonita (tipo de Montmorilonita) es usada frecuentemente como lodo para excavar.

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Para la prxima clase

Leer captulo 5 del libro Mecnica de Suelos de Lambe y Whitman

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Para la prxima clase (clase de hoy)Repasemos la clase anteriorUnidades Estructurales BsicasHoja tetradricaHojas Tetradricas y OctadricasMinerales de ArcillaMinerales de ArcillaCaolinitaCaolinitaMontmorilonitaMontmorilonitaIlitaOtrasPartcula de ArcillaEstructura de la arcillaEstructura de la arcillaMicroscopio electrnicoOtrosCarta de Plasticidad de CasagrandeSuperficie EspecficaSubstitucin IsomorfaCapacidad de Intercambio Inico (CII)Una ComparacinConcentracin de cationes en el AguaAgua AdsorbidaQu pasa en el AguaResumen ArcillasResumen - MontmorilonitaPara la prxima clase