arcilla

GMA

Para la próxima clase (clase de hoy)

• Leer capítulo 1 y 4 del libro “Mecánica de Suelos” de Lambe y Whitman

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Repasemos la clase anterior

• Qué aprendimos la clase pasada?

• Cuál era la idea central de la clase?

– Clases

• Sigamos

Interacción

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Unidades Estructurales Básicas

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

0.29 nm

Aluminio o magnesio

Hidróxido o oxígeno

0.26 nm

oxígeno

sílice

Tetraedro de sílice Octaedro de aluminio

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Hoja tetraédrica

Muchos tetraedros unidos forman una lámina tetraédrica

tetraedro

hexagonal

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Hojas Tetraédricas y Octaédricas

Por simplicidad, representemos la hoja tetraédrica por:

Si

y la hoja octaédrica por:

Al

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Minerales de Arcilla

Diferentes combinaciones de hojas tetraédricas y octaédricas dan lugar a diferentes minerales de arcilla:

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

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Minerales de Arcilla

Diferentes combinaciones de hojas tetraédricas y octaédricas dan lugar a diferentes minerales de arcilla:

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

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Caolinita

SiAl

SiAl

SiAl

Unidas por fuertes enlaces de Hidrógeno ∴difícil separación Unidas por

compartir un oxígeno

SiAl

Típicamente 70-100 capas

0.72 nm

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Caolinita

Se usa para la fabricación de pinturas, papel y cerámica, entre otros usos.

(OH)8Al4Si4O10

De la familia de la Caolinita; tiene agua entre sus unidades básicas→partícula tubular

(OH)8Al4Si4O10.4H2O

Haloisita

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Montmorilonita

Se expande en contacto con el agua

SiAlSi

SiAlSiUnidas por enlaces débiles

de van der Waal’s

SiAlSi

∴fácilmenteseparadas por agua

0.96 nm

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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 excavación, en paredes moldeadas, como barrera hidráulica

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Ilita

SiAlSi

SiAlSi

SiAlSi

unidas por K+

calza en los huecos hexagonales de las hojas tetraédricas.

0.96 nm

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Otras…

CloritaUn mineral 2:1:1 (???)

VermiculitaSi Al Al o Mg

de la familia de la montmorilonita; 2 intercapas de agua

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Partícula de Arcilla

Forma de lámina o aguja

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Estructura de la arcilla

Contacto borde-caraContacto cara-cara

DispersaFloculada

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Estructura de la arcilla

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

sedimentación altera significativamente la estructura de la arcilla.

Las partículas de arcilla tienden a alinearse perpendiculares a la carga aplicada.

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Microscopio electrónico

Técnica común para ver minerales de arcilla

estructura de lámina

cualitativa

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Otros…

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

presentes

Análisis térmico 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

Plas

ticity

Inde

x A-line

U-line

montmorilonita ilita

caolinita

clorita

haloisita

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Superficie Específica

área superficial por unidad de masa (m2/g)

mientras más chico el grano, mayor superficie específica

supongamos un grano de suelo con peso específico 2.7

10 mm 1 mm

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

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Substitución Isomorfa

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

produce un desequilibrio iónico (carga neg. neta)

++

+ + +

+

+__ _

_ _

_

_

___

_

_

_

_

_

_

_

_

___

__

bordes cargados positivos

caras cargadas negativamente

Partícula de arcilla con Carga negativa Neta

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Capacidad de Intercambio Iónico (CII)

capacidad para atraer cationes del agua (medida de la carga neg. neta de una partícula 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 tamaño.

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

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Una Comparación

20-3080Clorita

80-120800Montmorilonita

20-3080-100Ilita

3-1010-20Caolinita

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

Sup. Específica(m2/g)

Mineral

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Concentración de cationes en el Agua

La concentración de cationes cae con la distancia de la partícula de arcilla

+++ +

+

++

+

+

+

+

+

+

+

++ +

+

+

+ +

++

++

+

++

+

+

+

++

+

++

+

+

+

++

+

+ + +

+

+ +

+

+

+

+

+

+

+

+ ++

+

+

+

++

++

+

++

+

+

+

++

+

++

+

+

+

+ +

+

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

partícula de arcilla

doble capa agua libre

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Agua Adsorbida

Es una fina capa de agua fuertemente adherida a la partícula; como piel

1 a 4 moléculas de agua de espesor (1 nm)

agua más viscosa que libre

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

agua adsorbida

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Qué pasa en el Agua

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

agua libre

doble capa de agua

agua adsorbida

50 nm

1nm

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Resumen Arcillas

Las partículas de arcilla son como láminas o agujas. Están cargadas negativamente.

Las arcillas son plásticas; 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. específica, capacidad de intercambio iónico, y afinidad con el agua. Son arcillas reactivas.

Las Montmorilonitas poseen un muy alto límite líquido (100+), índice de plasticidad y actividad (1-7).

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

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Para la próxima clase

• Leer capítulo 5 del libro “Mecánica de Suelos” de Lambe y Whitman

• Leer fotocopias entregadas