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COMPORTAMIENTO DE SUELOS FINOS

Plasticidad de los suelosExisten suelos que al ser remoldados, cambiando su contenido de agua si es necesario, adoptan una consistencia caracterstica, que desde pocas antiguas se ha denominado plasticidad. Estos suelos han sido llamados arcillas, originalmente, por los hombres dedicados a la cermica. La plasticidad es, en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido para clasificar suelos en forma puramente descriptiva. Al tratar de definir en trminos simples la plasticidad de un suelo, no resulta suficiente decir que un suelo plstico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento, pues una arena fina y hmeda tiene esas caractersticas cuando la deformacin se produce lentamente y sin embargo, no es plstica. La plasticidad es un fenmeno inherente a los suelos de partculas muy finas, limos y arcillas. En la periferia de las partculas tiene efecto un fenmeno elctrico superficial, ya que sta posee carga negativa y por tanto, atrae los iones positivos del agua. Debido a estas fuerzas electrostticas, el fenmeno produce una interaccin de las partculas, por lo que tienden a permanecer y moverse unidas. La plasticidad es, pues, una consecuencia directa se estos fenmenos.Hay una importante diferencia entre el comportamiento de la arcilla y de la arena: el volumen de la arcilla permanece constante durante la deformacin, mientras que el de la arena varia; adems, la arena desmorona en deformacin rpida.

Por lo tanto la plasticidad puede definirse como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones rpidas, sin rebote elstico, sin variacin volumtrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse. Con esta definicin se logra circunscribir la propiedad a las arcillas en ciertas circunstancias.

Los suelos arcillosos, especialmente los muy plsticos, se retraen mucho cuando se secan y se expanden cuando se humedecen, es decir hay cambio de volumen en el suelo.

Estados de consistenciaLa consistencia de un suelo se define como su resistencia al esfuerzo cortante; es la oposicin que presenta la masa de suelo a que se le deforme.

Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, quien considera que la plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y dependiente de su contenido de agua. Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un lodo semilquido o, inclusive, las de una suspensin lquida. Entre ambos extremos, existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plsticamente..El contenido de agua con que se produce el cambio de estado vara de un suelo a otro y en mecnica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plstico, es decir, acepta deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos hasta cierto lmite sin romperse.

Segn su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser plstico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por Atterberg.

Estado lquido el suelo tiene las propiedades y apariencias de una suspensin.Estado Semilquido el suelo presenta las propiedades de un fluido viscoso. Estado Plstico el suelo se comporta plsticamente.Estado semi slido el suelo tiene la apariencia de un slido, pero an disminuye de volumen al estar sujeto a secado.Estado slido el volumen del suelo no varia con el secado.

Lmites de consistencia o de AtterbergLos estados de consistencia son fases generales por las que pasa el suelo al irse secando y los lmites de consistencia son las fronteras convencionales entre estos estados y estn definidos por un contenido de humedad.

Los lmites de consistencia que se estudia y son de importancia para ingeniera son: lmite lquido, lmite plstico y lmite de contraccin. El mtodo usado para medir estos lmites de humedad fue ideado por Atterberg a travs de dos ensayos que definen los lmites del estado plstico.

Los lmites de Atterberg son propiedades ndices de los suelos, con que se definen la plasticidad y se utilizan en la identificacin y clasificacin de un suelo.

L. ContraccinL. PlsticoL. Lquido0 W%100 W%Semi - SlidoPlsticoSlido semi lquidoLmite lquidoEs el contenido de humedad que corresponde a la frontera entre los estados de consistencia semilquido y plstico de un suelo.

El lmite lquido se determina cerrando una ranura practicada en una muestra de suelo en un dispositivo llamado copa de casagrande golpendola mediante una manivela, un golpe representa la resistencia al esfuerzo cortante de 1 gr/cm2 , por consiguiente como el lmite lquido corresponde al cierre de la ranura en 25 golpes, entonces el lmite lquido indica el contenido de agua para el cual el suelo tiene una resistencia al corte de 25 gr/cm2.

La ranura se realiza con un dispositivo de dimensiones estndar, sometido a 25 golpes por cada de 8 mm a 10 mm de la copa a razn de 2 golpes/s, la ranura deber cerrarse en el fondo de la copa a lo largo de 13 mm.

Un suelo cuyo contenido de humedad sea aproximadamente igual o mayor a su lmite lquido tendr una resistencia al corte prcticamente nula. Las arcillas tienen LL > 40 % y las arenas y limos tienen LL entre 25 % a 35 %

La resistencia al corte en el lmite lquido de los suelos cohesivos es constante e igual a 25 gr/cm2, en cambio en el lmite plstico no es constante sino que puede variar ampliamente.Los suelos cohesivos cuya curva de fluidez es ms tendida, tienen menor ndice de fluidez y mayor resistencia en el lmite plstico.

El lmite lquido se determina con el ensayo de lmite lquido mediante varios puntos o con un solo puntoEn el ensayo de lmite lquido se determina 3 o ms puntos, los cuales se dibujan en papel semilogartmico, al unir estos puntos se obtiene una recta llamada curva de fluidez cuya ecuacin es la siguiente: W = - Fw * log N + C

W : contenido de humedad

Fw: ndice de fluidez, es la pendiente de la curva igual a la variacin del contenido de humedad a un ciclo de la escala logartmica

N: nmero de golpes correspondiente al contenido de humedadC : constante que representa la ordenada en la abscisa de 1 golpe, se calcula prolongando la recta

Ensayo: lmite lquidoMaterialSuelo seco al aire y que pasa la malla N 40Equipo Malla N 40 Copa de Casagrande y ranurador o acanalador Balanza con aproximacin de 0.01 gr. Estufa con control de temperatura Esptula Probeta de 100 ml. Cpsula de porcelana Taras

ProcedimientoEn una cpsula de porcelana mezclar el suelo con agua mediante una esptula hasta obtener una pasta uniforme.Colocar una porcin de la pasta en la copa de Casagrande, nivelar mediante la esptula hasta obtener un espesor de 1 cm.En el centro hacer una ranura con el acanalador de tal manera que la muestra queda dividida en dos partes.Elevar y caer la copa mediante la manivela a razn de 2 cadas por segundo hasta que las dos mitades de suelo se pongan en contacto en la parte inferior de la ranura y a lo largo de 1 /2 ( 1.27 cm), registrar el nmero de golpes. Mediante la esptula retirar la porcin de suelo que se ha puesto en contacto en la parte inferior de la ranura y colocarlo en una tara para determinar su contenido de humedad. Retirar el suelo remanente de la copa de Casagrande y colocar en la cpsula de porcelana, agregar agua si el nmero de golpes del ensayo anterior ha sido alto, o agregar suelo si el nmero de golpes ha sido bajo. (el nmero de golpes debe estar comprendido entre 6 y 35). Lavar y secar la copa y el acanalador.Repetir el ensayo mnimo 2 veces ms, de esta manera se tendr como mnimo 3 valores del nmero de golpes correspondientes a 3 diferentes contenidos de humedad. Dibujar la curva de fluidez ( es una recta) en escala semilogartmica, en el eje de abscisas se registrar el nmero de golpes en escala logartmica, en el eje de ordenadas los contenidos de humedad en escala natural. Determinar la ordenada correspondiente a los 25 golpes en la curva de fluidez, este valor ser el lmite lquido del suelo.

TaraLL1LL2LL3 W t (gr)28.2718.1030.40 W mh + t (gr.)38.6029.7041.40 W ms + t gr.)34.7025.4037.40 W w (gr.) W ms (gr.) N golpes W % LL Datos y resultados de ensayo de lmite lquido

25LLLmite lquido con un solo puntoEn lugar de determinar puntos comprendidos entre 6 y 35 golpes, se puede determinar un punto comprendido entre 20 y 30 golpes y determinar el lmite lquido con la siguiente expresin LL = K * WNLL : lmite lquidoK : factor de lmite lquido dado en tabla segn numero de golpes WN : contenido de humedad correspondiente a un determinado nmero de golpesN(nmero de golpes)K(factor de LL)200.974210.979220.985230.990240.995251.000261.005271.009281.014291.018301.022lmite plstico Frontera convencional entre los estados semislido y plstico, que se determina alternativamente presionando y enrollando una pequea porcin de suelo plstico hasta obtener un dimetro de 3 mm en el cual el pequeo cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El contenido de agua que se encuentra se registra como lmite plstico.

La resistencia al esfuerzo cortante en el lmite plstico es una medida de la tenacidad.Ensayo: lmite plsticoUna porcin de la mezcla preparada para el lmite lquido

Equipo Balanza con aproximacin de 0.01 gr. Estufa Esptula Cpsula de porcelana Placa de vidrio TarasProcedimientoA la porcin de la mezcla preparada par el lmite lquido agregar suelo seco de tal manera que la pasta baje su contenido de humedad.Enrollar la muestra con la mano sobre una placa de vidrio hasta obtener cilindros de 3 mm. de dimetro y que presenten agrietamientos, determinar su contenido de humedad. Repetir el ensayo una vez ms. El lmite plstico es el promedio de los 2 valores de contenidos de humedad, si la diferencia entre estos 2 valores es mayor que dos puntos de porcentaje, repetir el ensayo.

TaraLP 1LP2 W t (gr.)28.9025.80 W mh + t (gr.)32.9030.60 W ms + t gr.)32.0029.50 W w (gr.) W ms (gr.) W % LP (%)Datos y resultados de lmite plsticoLmite de contraccin Es el contenido de humedad que corresponde a la frontera entre los estados de consistencia slido y semislido.

Es la humedad mxima de un suelo para la cual una reduccin de la humedad no causa disminucin de volumen de suelo.

Se determina en funcin de la densidad seca y peso especfico de los slidos. La densidad seca se determina utilizando el mtodo de volumen de mercurio desplazado y el peso especfico utilizando el mtodo de la fiola.Ensayo : lmite de contraccinMaterial Muestra seca que pasa la malla N 40 MercurioEquipo Equipo de lmite de contraccin: un molde cilndrico con base, un pisn, dos recipientes de vidrio de diferentes dimensiones, una placa de vidrio con 3 patas de metal Balanza con aproximacin de 0.1 gr. Estufa con control de temperatura. Cpsula de porcelana Esptula

Procedimiento Mezclar el suelo con agua hasta obtener una pasta uniforme Llenar el molde cilndrico con la mezcla en tres capas, a cada una de ellas dar golpes hasta que el suelo este completamente compactado y se eliminen las burbujas. Sacar la muestra del recipiente Secar la muestra al aire durante 6 horas, luego colocar a en la estufa a 105 C durante 18 horas. Pesar una muestra seca (Ws). Llenar con mercurio el recipiente de vidrio de menor tamao, enrasar con la placa de vidrio. Pesar el recipiente de vidrio de mayor tamao (Wr). Colocar el recipiente con mercurio dentro del otro de mayor tamao.Sumergir la muestra dentro del recipiente con mercurio presionndola con la placa de vidrio.Pesar el mercurio desplazado y recogido en el recipiente de mayor tamao (Wr + Hg) Determinar el peso del mercurio desplazado WHg = (Wr + Hg) Wr Determinar el volumen del mercurio desplazado V Hg = W Hg , Hg: 13.56 Hg Determinar la densidad seca del suelo Ds = Ws V Hg Determinar el lmite de contraccin LC = (1/Ds + 1 /s) * 100 s: peso especfico de la fase slida. TaraLC1LC2 W s (gr)45.8043.70 W r (gr)347.00347.00 W r + Hg (gr)685.70675.90 W Hg (gr)338.70328.90 Hg (gr/cm3)13.5613.56 V Hg (cm3) Ds (gr/cm3)1.831.80 s (gr/cm3)2.632.56 LC. (%) LC prom. (%)Datos y resultado de lmite de contraccinPlasticidadLmite Lquido Baja plasticidad < 35% Plasticidad intermedia 35% - 50% Alta plasticidad 50% - 70% Plasticidad muy alta 70% - 90% Plasticidad extremadamente alta > 90%Clasificacin de la plasticidad segn lmite lquidoPlasticidadndice plstico No plstico0% Baja plasticidad< 7% Medianamente plstico7% - 17% Altamente plstico> 17%Clasificacin de la plasticidad segn ndice plsticondice plstico (IP)Se define como la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico para un suelo dado. IP = LL LP

LL: lmite lquidoLP: lmite plstico

Esta diferencia cuantifica la amplitud o extensin del estado plstico de un suelo.

Cuando no puede determinarse uno de los lmites o la diferencia es negativa, entonces no existe ndice de plasticidad y se indica como NP (no plstico)ndice lquido (IL) IL = w LP IPW : contenido de humedad naturalLP: lmite plsticoIP: ndice plstico

ndice de consistencia (IC)IC = LL w IP LL: lmite lquidoW : contenido de humedadIP: ndice plsticoConsistencia Relativa (Cr)La consistencia relativa en los suelos finos es el homlogo de la densidad relativa en los suelos granulares. Est definida por la siguiente expresin:Cr = (LL - w) / (LL - LP)Cr = (LL - w) / IPLL: lmite lquidoW : contenido de humedad natural. LP: lmite plsticoIP: ndice plstico

Para distintos valores de w, se obtiene los siguientes valores de consistencia relativaW > LL, Cr < 0 W = LL, Cr = 0 W = LP, Cr = 1 W < LP, Cr > 1La consistencia relativa es un parmetro de los suelos finos que nos permite evaluar las condiciones de soporte y mantenimiento de proyectos.

Supongamos que se desea realizar el dragado de un canal marino para el proyecto de un puerto. Antes de empezar la ejecucin de la obra, el contratista requerir de los servicios de un ingeniero de suelos, quien proceder a extraer muestras del lecho submarino. A estas muestras se les determinar su contenido de humedad en estado natural (W), el lmite lquido (LL) y el lmite plstico (LP). Aplicando la frmula de la consistencia relativa, si se obtuviera un valor negativo, este nos indicara que el contenido de humedad natural est por encima del lmite lquido y que, por tanto, el suelo no conservara la forma propia, escurrindose e imposibilitando el corte y por tanto la ejecucin de la obra.carta de Plasticidad de CasagrandeLa carta de plasticidad elaborada por el profesor Arturo Casagrande es un elemento bsico en la identificacin y clasificacin de los suelos. La labor que realiz Casagrande fue llevar a un grfico una cantidad de muestras con slo dos parmetros, el lmite lquido y el ndice plstico. Observ que los materiales homlogos se agrupaban, existiendo as posiciones y fronteras para los distintos tipos de suelo.

En la carta de plasticidad, hay seis zonas claramente diferenciables. Estas zonas se encuentran delimitadas por tres lneas denominadas A, B, y C.

La lnea A se define por la ecuacin IP = 0.73* (LL-20) . Los suelos en correspondencia con puntos que se encuentran por encima de la lnea A, se clasificarn como arcillas inorgnicas. De manera anloga, los suelos inorgnicos que correspondan a puntos que se encuentran por debajo de la lnea A se clasificarn como limos. Las lneas B y C se encuentran paralelas al eje de las ordenadas en los puntos 30 y 50 % del eje de la abscisas, respectivamente. Estas rectas dividen la carta en tres franjas verticales correspondientes de izquierda a derecha a materiales de baja, mediana y alta plasticidad. Las zonas II y III indicadas en la carta que se muestra, tienen el inconveniente de que clasifican tambin limos orgnicos y arcillas orgnicas respectivamente. Afortunadamente los materiales los materiales orgnicos son fcilmente identificables por su color oscuro, estructura esponjosa y a veces olor caracterstico.De esta manera, quedan definidas las zonas de la forma siguiente:I: Limo inorgnico de baja plasticidad II: Limo inorgnico de mediana plasticidad o limo orgnicoIII: Limo inorgnico de alta plasticidad o arcilla orgnica IV: Arcilla inorgnica de baja plasticidad V: Arcilla inorgnica de mediana plasticidad VI: Arcilla inorgnica de alta plasticidadEn algunos textos se emplea la palabra compresibilidad en vez de plasticidad en las clasificaciones, ya que lo que es plstico, en principio, tambin es comprensible.

0403020107060501009080WlIP203040106050CLCHMH u OHLinea A IP = 0.73 (wL - 20)CL-MLMLMLU OLLNEA BRelacin entre las fases slidas y liquidas en una arcillaDurante mucho tiempo se crey que los minerales de las arcillas eran de naturaleza amorfa, pero las investigaciones realizadas han demostrado, que son cristalinos y altamente estructurados. Adems se ha comprobado que la plasticidad de un suelo es debida a su contenido de partculas ms finas de forma laminar ya que esta ejerce una influencia importante en la compresibilidad del suelo, mientras que el pequeo tamao propio de esas partculas hace que la permeabilidad del conjunto sea muy baja.

Existe una relacin especfica entre la plasticidad y las propiedades fsico - qumicas determinantes del comportamiento mecnico de las arcillas.

Otras ramas de la ingeniera han desarrollado otra interpretacin del concepto de plasticidad, como es el caso del esfuerzo-deformacin de los materiales.

DiamanteCuarzo Caras de un cristal Hinchamiento, contraccin y expansinEl efecto agregante de la arcillas se debe a su accin cementante y a su propiedad de hinchamiento y contraccin con los cambios de humedad.

Los materiales arcillosos altamente expansivos se contraen y se expanden debido a cambios en el contenido de humedad. Esas fluctuaciones de la humedad pueden ser causadas por condiciones del medio ambiente tales como lluvias estacinales, variaciones de temperatura o debido a actividades humanas que generan filtraciones debido a sistemas de irrigacin o ruptura de tuberas de agua.

Estructuras tales como caminos, reas de parqueo, casas y edificios construidos sobre materiales arcillosos expansivos, a menudo sufren daos como resultado de los movimientos del suelo.Las arcillas son de carcter expansivo, es decir, que al humedecerse tienden a hincharse y al secarse tienden a contraerse. Esta condicin las hace muy susceptibles a los cambios de humedad, pudiendo afectar con el tiempo a las edificaciones cimentadas superficialmente en estos terrenos a causa de los asentamientos diferenciales en el mismo.

El ingeniero que proyecta una cimentacin sobre el suelo potencialmente expansivo necesita un dato importante: el valor de la presin de expansin del suelo. Se acepta que este dato no es un valor constante para un suelo ya que depende de mltiples factores tal como la succin inicial, el grado de saturacin, etc. Para ello se aceptan mtodos de prueba.

Uno de ellos consiste en colocar una muestra en el consoldmetro, saturarla y someterla a diferentes presiones durante varios das, para lograr determinar el valor de la presin de expansin.

Esto permite llevar ahorros en tiempo y en costo para el geotecnista que se traducir en los mismos ahorros para el constructor.

Si el suelo muestra un valor de expansin alto, con un ndice plstico tambin alto, se puede agregar cal en una cantidad adecuada lo cual modificar el valor del lmite plstico elevndolo. Lo anterior ocasiona que la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico disminuya, influyendo a su vez en una disminucin tambin de los valores de expansin y plasticidad. La cantidad de cal requerida se determina por medio de pruebas en laboratorio.

Suelos arcillosos expansivos Son aquellos que presentan cambio de volumen con los cambios de humedad, cuando el suelo arcilloso se humedece sufre fuerte expansin que produce daos considerables en paredes y pisos sobre todo en climas de largos o intermitentes perodos de humedad.

Pequeas zapatas que soportan cargas livianas son ms fcilmente levantadas o movidas por el suelo arcilloso expansivo, lo mismo sucede en las vigas de cimentacin. Cuando el suelo arcilloso se encuentra a considerable distancia bajo la superficie no se expande y contrae tanto, como cuando se encuentra cerca de la superficie, por lo tanto, los daos por levantamiento o movimientos de zapatas o muros pueden ser reducidos colocando stas a suficiente distancia bajo la superficie.

Los suelos arcillosos expansivos se caracterizan a menudo por su alto lmite lquido (LL) y un alto ndice de plasticidad (IP). El lmite lquido (LL) del suelo se define como el contenido de humedad expresado en porciento con respecto al peso seco de la muestra, con el cual el suelo cambia del estado lquido al plstico.

Retraccin de suelos altamente plsticos.En regiones que tienen estaciones marcadamente secas y hmedas, el suelo prximo a la superficie del terreno se expande y contrae pudiendo producirse en un muro mayor desplazamiento en la parte exterior que en la interior, donde el suelo est protegido del sol y de la lluvia, en regiones normalmente hmedas, un perodo de sequa prolongado puede producir retraccin en el suelo y el correspondiente asentamiento de la cimentacin.

Asentamiento de fundaciones por retraccin del sueloUn secamiento acelerado y el asentamiento correspondiente, se puede producir por ciertos tipos de plantas que extraen la humedad del suelo o por calderas y hornos que calientan el suelo de manera anormal. En regiones muy secas sucede lo contrario, el aumento de la humedad del suelo debido a filtraciones de tuberas, regados y hasta el riego de csped, puede producir en la arcilla seca una expansin capaz de levantar una estructura.

En la mayora de los casos, el cambio de volumen se hace menor a medida que aumenta la profundidad y si es posible, las cimentaciones se deben colocar por debajo de estas zonas de cambio de volumen. Los cambios de volumen de un suelo debido a la contraccin del mismo se pueden determinar conociendo la relacin de vacos del suelo en su estado natural. Conociendo esta relacin de vacos se puede calcular la contraccin volumtrica por unidad de volumen original. Conociendo el cambio de volumen en promedio, debido a la contraccin del suelo, se puede estimar el asentamiento del mismo al variar su humedad desde la humedad de saturacin hasta la humedad correspondiente al lmite de contraccin del mismo. Son bien conocidos los impactos que los suelos arcillosos causan en las vas de comunicacin, as como la importancia de la adecuada determinacin de sus propiedades para su consideracin en el diseo de las mismas. En lo que se refiere a la presin de expansin, su determinacin en laboratorio mediante el mtodo edomtrico tradicional requiere una dedicacin importante del personal tcnico a la supervisin del ensayo, por lo que representa un alto costo en mano de obra calificadaContraccin de suelos finos por efecto de la capilaridadSi el suelo est saturado, el agua ejerce una fuerza de separacin entre las partculas slidas del suelo (presin hidrosttica). Luego el suelo empieza a secarse por cualquier causa, que generalmente es el calentamiento por el sol, y el agua que hay en el suelo se evaporara, la masa de suelo trata de tomar su nivel fretico normal, de esta manera las aguas empiezan a de bajar, crendose una presin capilar dentro del suelo, lo que produce esfuerzos de compresin en el suelo, pasando este de la presin hidrosttica (cuando el suelo estaba saturado), a un esfuerzo de tensin superficial (al tener el fenmeno de capilaridad del agua). De esta manera el suelo entra en un proceso de contraccin. Hay que tener en cuenta que el suelo debe ser un suelo fino, para poder producir el proceso de capilaridad, y de esta manera crear la tensin superficial necesaria para que el suelo se contraiga. El proceso de la retraccin del agua hacia el interior no se har simultneamente en toda la masa de suelo, debido a que la masa de suelo tiene diferentes dimetros de poros, produciendo tubos capilares de diferentes dimetros, bajando primero el agua que se encuentra en los canalculos ms gruesos (Especie de tubos capilares formados por los poros del suelo).

Qumica del suelo arcillosoLas partculas de tierra arcillosa tienen una carga neta negativa. El potencial de expansin es alto y la capacidad de soporte es baja.Las molculas de agua son dipolos alineados de tal manera que forman cadenas.

Cuando el agua se pone en contacto con las partculas de suelo negativamente cargadas, las molculas de agua se alinean en cadenas creando varias capas alrededor de cada partcula de tierra. Iones de metales tambin se adhieren a las partculas de tierra o son retenidas entre las capas de agua absorbida.

El agua absorbida acta como lubricante entre las partculas de tierra lo que resulta en una baja capacidad de soporte y alta expansin.Desde el punto de vista geolgico las arcillas son minerales naturales que se formaron hace varios millones de aos y que renen las caractersticas peculiares de composicin y formacin relacionadas con el curso de la evolucin de la Tierra

Las arcillas son cualquier sedimento o depsito mineral que es plstico cuando se humedece y que consiste de un material granuloso muy fino, formado por partculas muy pequeas cuyo tamao es inferior a 4 micras, y que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidratados (1 micra es la diezmilsima parte de un centmetro, o sea la dimensin aproximada de los microbios comunes).

La arcilla es un silicoaluminato hidratado, es decir que desde el punto de vista qumico est compuesta de silicio (Si), aluminio (Al), oxgeno (O) e hidrgeno (H). Con el microscopio electrnico, con el que es posible alcanzar una amplificacin de unos quince mil aumentos, el grano de arcilla se observa como una hojuela con los bordes curvados hacia arriba, tal y como se muestra en la figura. Esta hojuela se asemeja a las placas de barro en un suelo secado, contrado y agrietado por el Sol.

Hojuela de arcilla amplificada 15 000 veces.Si a la hojuela se da una amplificacin de 200,000 aumentos se observa como una pequea porcin de material y el borde de la hojuela parece formado por una serie de lminas apiladas una encima de otra como si fueran las hojas de un libro.

An ms, si ponemos en contacto a la arcilla con el agua, veramos cmo las hojuelas se separan unas de otras, abrindose, y si las secamos extrayendo el agua absorbida entonces observaramos el efecto de contraccin del espacio entre las lminas

Borde de la hojuela amplificado 20 000 vecesLas arcillas estn constituidas bsicamente por silicatos de aluminio hidratados, presentndose adems en algunas ocasiones silicatos de magnesio, hierro u otros metales, tambin hidratados. Estos minerales tienen casi siempre, una estructura cristalina definida cuyos tomos se disponen en lminas. Existen dos variedades de tales lminas: la silcica y la alumnica.

Lmina silcica est formada por un tomo de silicio, rodeado de cuatro de oxgeno, disponindose el conjunto en forma de tetraedro.

Estos tetraedros se agrupan en unidades hexagonales, sirviendo un tomo de oxgeno de nexo entre cada dos tetraedros. Las unidades hexagonales repitindose indefinidamente constituyen una retcula laminar .

Las lminas alumnicas estn formadas por partculas de octaedros dispuestos con un tomo de aluminio al centro y seis de oxgeno alrededor. Tambin ahora es el oxigeno el nexo entre cada dos octaedros vecinos para constituir la retcula

De acuerdo con su estructura reticular, los minerales de arcilla se encasillan en tres grandes grupos: caolinitas, montmorilonitas e ilitas. Las caolinitas Estn formadas por una lmina silcica y otra alumnica, que se superponen indefinidamente. La unin entre todas las retculas es lo suficientemente firme para no permitir la penetracin de molculas de agua entre ellas (adsorcin). En consecuencia las arcillas caolinticas sern relativamente estables en presencia del agua.

Las montmorilonitas Estn formadas por una lmina alumnica entre dos silcicas, superponindose indefinidamente. En este caso la unin entre las retculas del mineral es dbil, por lo que las molculas de agua pueden introducirse en la estructura con relativa facilidad, a causa de las fuerzas elctricas generadas por su naturaleza dipolar.

Arcilla caolinita

Arcilla caolinita

Arcilla montmorillonitaLo anterior produce un incremento en el volumen de los cristales lo que se traduce macro fsicamente en una expansin. Las arcillas montmorilonticas, especialmente en presencia del agua presentarn fuerte tendencia a la inestabilidad. Las bentonitas son arcillas del grupo montmorilonticas, originadas por la descomposicin qumica de las cenizas volcnicas y presentan la expansividad tpica del grupo en forma particularmente aguda, lo que las hace sumamente crticas en su comportamiento mecnico. Estas arcillas aparecen desdichadamente, con frecuencia en os trabajos de campo, por otra parte, e ocasiones ayudan al ingeniero en la resolucin de ciertos problemas prcticos. Las ilitas Por lo general estn estructuradas anlogamente como las montmorilonitas, pero su constitucin interna manifiesta tendencia a formar grumos del material, que reduce el rea expuesta al agua por unidad de volumen, por ello, su expansividad es menor que el de las montmorilonitas y en general, las arcillas ilticas, se comportan mecnicamente en forma ms favorable para el ingeniero.

La arcilla no es un mineral sino un agregado de minerales y de substancias coloidales que se han formado mediante la descomposicin qumica de las rocas alumnicas. Esta compuesta principalmente por slice, almina y agua, conteniendo tambin otras substancias como fragmentos de rocas, de xidos hidratados de hierro, lcalis y materiales coloidales. En esencia los minerales de arcilla son silicatos de aluminio. En algunas arcillas los elementos alcalinos se presentan como constituyentes, en otras el magnesio, el hierro o ambos elementos sustituyen total o parcialmente al aluminio. La mayora de las arcillas se han formado por la desintegracin de las rocas con un alto contenido de almina, a pesar que algunas son producto del metamorfismo . Estas ltimas aparecen solo en pequeas cantidadesLos constituyentes qumicos esenciales de los minerales de arcilla varan no solo en cantidad sino tambin en el modo en que se combinan o presentan en los diferentes minerales.

Los minerales arcillosos mas importantes se encuentran en el grupo de las caolinitas y de las montmorolinitas. Las arcillas esenciales de los sedimentos arcillosos son el resultado de la meteorizacin de rocas gneas y metamrficas.

En condiciones de escasa precipitacin el magnesio de las rocas gneas mficas permanecen en la zona de meteorizacin y la arcilla producida es la montmorolinita. Si la precipitacin es considerable, se efecta una lixiviacin completa de la roca, el magnesio es separado y el producto de la meteorizacin es la caolinita.

A partir de una roca gneas cida se origina la illita y montmorolinita en condicin de meteorizacin con tal que ocurra retencin de potasio y magnesio, pero se formara caolinita de prevalecer una lixiviacin excesiva.Las propiedades fsicas ms importantes de las arcillas son: Plasticidad. Que permite que sea moldeada

Resistencia a la compresin, tensin o cizallamiento

Retraccin tanto en el secado como mientras est en el horno

Temperatura de coccin y vitrificacin

Color de calcinacin que se debe principalmente a los xidos de hierroConsistenciaSe define como su resistencia al esfuerzo cortante; es la oposicin que presenta la masa de suelo a que se le deforme.

Sensibilidad o susceptibilidad de una arcillaEs la propiedad por la cual, al perder el suelo su estructura natural, cambia su resistencia, hacindose menor, y su compresibilidad, aumenta.

Actividad (A)Como la propiedad plstica de los suelos resulta del agua adsorbida que rodea a las partculas de arcilla, podemos esperar que el tipo de minerales arcillosos y sus cantidades proporcionales en un suelo afectarn los lmites lquido y plstico. Seg Skempton el ndice de plasticidad de un suelo crece linealmente con el porcentaje de la fraccin de tamao arcilloso presente en el. Con base a estos resultados defini una cantidad llamada actividad que es la pendiente de la lnea que correlaciona el ndice de pIasticidad (IP) con el porcentaje de fraccin de tamao arcilloso (granos mas finos de 2m) y se expresa A = IP . Porcentaje de la fraccin de tamao arcilloso en peso

La actividad (A) se usa como ndice para identificar el potencial de expansin de los suelos arcillosos

Actividad de minerales de arcillaMineralActividad (A)Esmectitas1.0 - 7.0Ilita0.5 - 1.0Caolinita0.5Haloisita0.5Holoisita0.1Atapulgita0.5 - 1.2Alfano0.5 - 1.2TixotropaPropiedad que tienen las arcillas, en mayor o menor grado, por la cual, despus de haber sido ablandada por manipulacin o agitacin, puede recuperar su resistencia y rigidez, si se le deja en reposo y sin cambiar el contenido de agua inicial.

Desagregacin: Deleznamiento o desintegracin del suelo, daando su estructura, anegando el material seco y sometindolo a calor.

Muestra inalterada: Calificacin de valor relativo, para un espcimen de suelo tomado con herramientas apropiadas, retirado del terreno con los cuidados debidos, transportado, conservado y llevado al aparato de ensayo, de manera que pueda considerarse que las propiedades del suelo natural, que se desean conocer en la muestra, no se han modificado de manera significativa.