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
GMA
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
GMA
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
GMA
Partcula de Arcilla
Forma de lmina o aguja
GMA
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
GMA
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
GMA
GMA
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
GMA
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
GMA
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
GMA
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
GMA
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.
GMA
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.
GMA
Para la prxima clase
Leer captulo 5 del libro Mecnica de Suelos de Lambe y Whitman
Leer fotocopias entregadas
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