Propiedades Fundamentales de Suelos y Minerales de Arcilla: Interacciones Hídricas y Estructurales

I. El Agua en el Suelo y su Comportamiento

El comportamiento del agua dentro de la matriz del suelo es crucial para entender sus propiedades mecánicas y físicas. Se destacan las siguientes características:

• El agua adsorbida: no fluye ante gradientes hidrodinámicos.
• El agua adsorbida debe considerarse como perteneciente a la fase sólida.
• La densidad del agua adsorbida es superior a la del agua libre.
• Para conseguir que el agua adsorbida salga de la microestructura del suelo: se debe calentar a temperaturas superiores a 250 ºC.
• El agua adsorbida: apenas existe en las arcillas, predomina en las arenas semisaturadas, es como el agua libre, no fluye ante gradientes hidrocinámicos convencionales.

Fenómenos de Tensión y Succión

Los meniscos que se forman en los suelos parcialmente saturados proporcionan un efecto de pretensado entre las partículas de suelo. La succión se define como la presión de gas menos presión de líquido. La succión es inversamente proporcional al radio de curvatura medio del menisco.

II. Mineralogía de Arcillas y Superficie Específica

Composición y Estructura de Silicatos

Los silicatos son minerales compuestos de silicio y oxígeno. La Gibbsita es un mineral compuesto por aluminio y grupos OH- (Hidroxilos).

Superficie Específica

La superficie específica se define como el área de la partícula entre su masa. Existe una correlación directa entre la superficie específica y la capacidad de adsorción:

• Montmorillonita: Posee una mayor superficie específica que la caolinita.
• Superficie específica 800: Montmorillonita.
• La montmorillonita tiene una estructura 2:1.
• La forma tubular característica de la haloisita es debida a la presencia de moléculas de agua en su estructura.

III. Interacciones Eléctricas y Estructura de la Arcilla

La carga eléctrica de las partículas de arcilla es fundamental para su comportamiento en suspensión y en la masa del suelo.

Carga Eléctrica y Capa Doble

La sustitución isomórfica es responsable de la carga eléctrica de las partículas de arcilla.

El espesor de la capa doble difusa se ve afectado por las condiciones del medio acuoso:

1. Al aumentar la concentración de electrolito en fase acuosa en la que se encuentran las partículas de arcilla: se disminuye el espesor de la capa doble.
2. Al aumentar el tamaño de los cationes en la disolución que rodea a las partículas de arcilla se aumenta el espesor de la capa doble.
3. El aumento del pH de la disolución acuosa en los poros de un suelo provoca el aumento del espesor de la capa doble difusa.
4. En los modelos de capa doble difusa de arcillas, quien favorece el incremento de espesor de la capa doble: el tamaño de cationes.

Estructura y Estabilidad

El predominio de las fuerzas electrostáticas sobre las de Van der Waals en la interacción entre partículas de arcilla provoca que la estructura predominante en una arcilla sea la estructura dispersa.

El predominio de la estructura interna floculada hace que la arcilla tenga una resistencia inalterada superior a la residual. Las arcillas sensitivas también son conocidas como quick clays. Se denomina sensibilidad de las arcillas al cociente entre su resistencia inalterada y resistencia residual.

IV. Microestructura y Formación de Suelos

Definiciones Estructurales

Se considera que pertenece al ámbito de la microestructura: partículas de arcillas y agregados de partículas de arcilla. La estructura de un suelo es el conjunto que forma su fábrica o tipo de partículas y las interacciones existentes entre ellas. En la microporosidad de un suelo arcilloso: se encuentra el agua adsorbida.

El volumen elemental representativo del suelo aumenta con el pH de la disolución acuosa en la que se hallan las partículas de arcilla se aumenta el espesor de la capa doble.

Tipos de Suelos

Un suelo coluvial es aquel que: se forma por la deposición por gravedad de la roca alterada en la base de zonas de alta pendiente.

Procesos Geológicos

El proceso de formación de rocas sedimentarias se denomina diagénesis.

Según la serie de Bowen, el mineral más estable es el cuarzo.