Este documento presenta información sobre la físico química de las arcillas. Introduce las arcillas y su definición, y luego discute su estructura cristalina, composición, capacidad de intercambio catiónico, y las relaciones entre las fases sólida y líquida en las arcillas. En particular, explica que las arcillas están constituidas principalmente por silicatos de aluminio hidratados, y que poseen una estructura cristalina laminar formada por láminas silícicas u octaédricas de aluminio.

1. UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO
FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL, ARQUITECTURA
Y SISTEMAS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
FISICO QUIMICA DE LAS ARCILLAS
DOCENTE:
JORGE LUIS MARTINEZ SANTOS
ALUMNOS:
Barón mantilla marco Fabián
Barrantes malca Royer eli
Calderon bravo Johan slather
Carrasco Matos Elías
Castro condore Carlos Antoni
Chambergo chuman roberto alexander
2022

2. Introducción
Se da el nombre de arcilla a las partículas sólidas con diámetro menor a
0.005 mm y cuya masa tiene la propiedad de volverse plástica al ser
mezclada con agua.
Químicamente es un silicato de alúmina hidratado, aunque en no pocas
ocasiones contiene también silicatos de hierro o de magnesio
hidratados.
A continuación en las siguientes diapositivas hablaremos lo que
respecta a la físico química de la arcilla.

3. DEFINICIONES
Se derivan las arcillas de la descomposición química
de numerosos minerales (principalmente silicatos,
feldespatos y micas) que se encuentran en las rocas
ígneas y metamórficas. La estructura cristalina de la
arcilla es diferente de la estructura cristalina la roca
madre. El comportamiento mecánico e hidráulico de
las arcillas está determinado por su estructura en
general, y su constitución mineralógica en particular (a
diferencia de los suelos gruesos donde la mineralogía
es menos importante que su arreglo o acomodo de sus
partículas).

4. Las arcillas están básicamente constituidas por silicatos de aluminio hidratados, y en algunas
ocasiones, silicatos de magnesio, hierro u otros metales, también hidratados. Estos minerales
tienen, casi siempre, una estructura cristalina definida, cuyos átomos se disponen en retículas
regulares que se conectan para formar láminas reticulares.
Se puede decir que hay dos tipos clásicos de tales láminas: uno de ellos del tipo silícico y el
otro de tipo alumínico.
Una lámina del tipo silícico se encuentra formada por un átomo de silicio rodeado por cuatro
átomos de oxígeno, arreglándose el conjunto en forma de tetraedro
Lámina silícica

5. Una lámina del tipo alumínico está formada por un átomo de aluminio rodeado de seis átomos
de oxígeno e hidrógeno arreglándose el conjunto en forma de octaedro, los cuales se agrupan
entre sí mediante un átomo común de oxígeno, repitiéndose la formación indefinidamente y
dando como resultado una retícula laminar alumínica.
De acuerdo con su arreglo reticular los minerales de arcilla se pueden clasificar en tres grupos
básicos, que son:
• El caolinítico (del nombre chino Kau-ling).
Lámina alumínica
Lámina silícica
Lámina alumínica

6. • El montmorilonítico (que se debe su nombre a Montmorrillón, Francia).
Lámina alumínica
Lámina silícica
Lámina silícica
𝐻2𝑂
• El ilítico (que debe su nombre a Illinois, EE.UU)
Lámina silícica
Lámina silícica
Lámina alumínica
𝐾 +

7. 1. GENERALIDADES
En los granos gruesos de los suelos, las fuerzas de gravitación predominan fuertemente sobre cualesquiera
otras fuerzas, por ello, todas las partículas gruesas tienen un comportamiento similar.
El comportamiento mecánico e hidráulico de los suelos gruesos está definido por características
circunstanciales, tales como la compacidad del deposito y la orientación de sus partículas individuales

8. En suelos de grano muy fino, sin embargo, fuerzas de otros tipos ejercen acción
importantísima; ello es debido a que en estos granos, la relación de área a volumen
alcanza valores de consideración y fuerzas electromagnéticas desarrolladas en la
superficie de los compuestos minerales cobran significación. En general se estima
que esta actividad en la superficie de la partícula individual es fundamentalmente para
tamaños menores que 2 micras (0.002 mm) (Juárez y Rico, 2005).
La magnitud del área por unidad de masa, superficie específica, resulta una buena
indicación de la influencia relativa de las cargas eléctricas sobre el comportamiento de
la partícula (Lambe y Whitman, 1981).
Lado del
cubo (cm)
Número de
partículas
Volumen
total (𝑐𝑚3
)
Área Total (𝑐𝑚2
)
Área
total/volumen
(
1
𝑐𝑚
)
1 1 1 6 6
1𝜇 1012 1 60 000 60000
1𝑚𝜇 1021 1 60 000 000 60 000 000

9. ❑ La superficie de cada
partícula de suelo posee
carga eléctrica negativa
(Juárez y Rico, 2005).
❑ La intensidad de la carga
depende de la estructuración
y composición de la arcilla. Así
la partícula atrae a los iones
positivos del agua y a cationes
de diferentes elementos
químicos como: Na+, K+, Ca++,
Mg++, Al+++, Fe+++, etc.

10. ➢ La magnitud de las presiones
de adsorción … 20,000 kg/cm2
reportada por (Winterkorn y
Baver)
➢ Bridgman: estudio la variación
del punto de congelación del
agua cuando esta sometida a
grandes presiones …. A una
presión de 10,000 kg/cm2
ocurre la congelación del
agua, para una temperatura
de +30ºC.
De lo anterior puede deducirse que a las temperaturas
a que se encuentra normalmente en la masa del
suelo, tendrá las propiedades similares a la del hielo.

11. Mineralogía de las Arcillas.
Se derivan las arcillas de la descomposición química de numerosos minerales
(principalmente silicatos, feldespatos y micas) que se encuentran en las rocas
ígneas y metamórficas.
El comportamiento mecánico e hidráulico de las arcillas está determinado por su
estructura en general, y su constitución mineralógica en particular (a diferencia
de los suelos gruesos donde la mineralogía es menos importante que su arreglo o
acomodo de sus partículas).

12. Sus propiedades derivan
principalmente de:
❑ Su pequeño tamaño de
partícula.
❑ Su morfología laminar
(filosilicatos).
❑ Las sustituciones isomórficas,
que dan lugar a la
aparición de carga en las
láminas.
❑ Capacidad de intercambio
catiónico.
Herencia Indica que el material arcilloso fue
derivado directamente de una roca madre y es este
tipo de arcillas el que predomina en los sedimentos de
lagos y mares. Común en las regiones árticas.

13. Las arcillas están básicamente constituidas por
SILICATOS DE ALUMINIO hidratados, y en
algunas ocasiones, silicatos de magnesio,
hierro u otros metales, también hidratados.
Estos minerales tienen, casi siempre, una
estructura cristalina definida, cuyos átomos se
disponen en retículas regulares que se
conectan para formar láminas reticulares.
COMPOSICIÓN Y
ESTRUCTURAS CRISTALINAS.

14. ESTRUCTURA RETICULAR FUNDAMENTAL
Estudios demuestran que hay dos tipos de estructuras reticulares
fundamentales, LA ESTRUCTURA SILÍCICA Y LA ALUMÍNICA.
❑ Est. Laminar Silícica.
La estructura reticulolaminar silícica
consiste de una serie de retículas silícicas,
cada uno compuesto de un átomo de
silicio en el centro, rodeado por cuatro
átomos de oxígeno, También puede
llamarse la estructura reticulolaminar
tetraédrica o simplemente la lámina
tetraédrica.

15. ❑ Est. Reticulolaminar Alumínicas.
La estructura reticulolaminar
alumínica consiste de retículas
octaédricas, cada uno
compuesto de un átomo de
aluminio en el centro, rodeado por
seis radicales de oxígeno.
También se llama la estructura
reticulolaminar octaédrica o
simplemente la lámina octaédrica.

16. 02
.
03. 04
.
05.
Pirofilita
Caolinita
Vermiculita
𝑀𝑔𝐹𝑒, 𝐴𝑙 3 𝐴𝑙, 𝑆𝑖 4𝑂10(𝑂𝐻)2. 4𝐻2𝑂
Esmectita
01.
Montmorillonita
𝑁𝑎, 𝐶𝑎 0.33 𝐴𝑙, 𝑀𝑔 2 𝑆𝑖4𝑂10 𝑂𝐻 2. 𝑛𝐻2𝑂
Illita
𝐾𝐻3𝑂 𝐴𝑙, 𝑀𝑔, 𝐹𝑒 2 𝑆𝑖, 𝐴𝑙 4𝑂10[ 𝑂𝐻 2, (𝐻2𝑂)]
ARCILLAS
06
.
𝐴𝑙2𝑆𝑖4𝑂10(𝑂𝐻)2
𝐴𝑙2𝑆𝑖2𝑂5(𝑂𝐻)4

17. Caolinita
❑ La caolinita es un mineral de
arcilla, con una consistencia
suave y una textura terrosa.
Se rompe fácilmente cuando
está mojado.

18. Caolinita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Baja o nula
Baja o nula. Solo tiene
cargas de borde
CIC es baja (1 a 10 cmol(+)/kg)
No retienen cationes (𝐾+
, 𝐶𝑎++
, 𝑀𝑔++
)
Suelos no fértiles. Suelos tropicales (de color rojizo)
Suelos poco deformables

19. Illita
❑ La illita es un mineral de clase
filosilicatos, según la
clasificación de Strunz, del
grupo de las micas. Es una
arcilla no expansiva. micácea

20. Illita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Elevada
Alta densidad de carga
eléctrica
CIC es baja (10 a 40 cmol(+)/kg)
Los cationes 𝐾+
están fuertemente retenidos con
tanta fuerza, que no son intercambiables.
Suelos fértiles.
Suelos poco deformables

21. Esmectita
❑ Estos minerales suelen precipitar
en cuencas sedimentarias
endorreicas con PH alcalino y gran
concentración iónica. También
pueden aparecer como productos
de alteración hidrotermal de rocas
ácidas o neutras

22. Esmectita
Sustitución
isomórfica
Carga eléctrica
negativa
Moderada
Alta densidad de carga
eléctrica (tamaño de
las láminas).
CIC es alta (80 a 150 cmol(+)/kg)
Ante la ausencia de 𝐾+
, permite el ingreso de
cationes.
Suelos fértiles.
Suelos muy deformables.

23. Minerales interestratificados
Vermiculita
Clorita
Las cloritas son minerales 2:2 porque
presentan en el espacio interlaminar una
lámina de gibsita (dioctaédrica) o una lámina
brucita (trioctaédrica)
La estructura de la vermiculita se asemeja a la
de una mica de la cual puede proceder por
meteorización. En este caso a partir de biotita

24. 2. INTERCAMBIO
CATIONICO

25. Capacidad de Intercambio Catiónico
CIC

26. MONTMOR
ILLONITA
ILITA
CAOLINITA

27. 3. CAMBIO EN LAS
PROPIEDADES MECÁNICA
DE UNA ARCILLA

28. PROPIEDADES FISICO QUIMICAS
Sus propiedades derivan principalmente de:
❑ Su pequeño tamaño de
partícula.
❑ Su morfología laminar.
❑ Las sustituciones isomórficas,
que dan lugar a la aparición de
carga en las laminas.
❑ Capacidad de intercambio
catiónico.

29. Superficie específica
La superficie especifica de una
arcilla se define como el área de la
superficie externa mas el área de la
superficie interna
Las arcillas poseen una elevada
superficie específica muy importante
para ciertos usos ya que la
interacción solido-fluido depende
directamente de esta propiedad.

30. Capacidad de absorción
En algunas arcillas encuentran
su principal campo de aplicación
en el sector de los absorbentes
ya que pueden absorber agua u
otras moléculas en el espacio
interlaminar

31. Capacidad de hinchamiento
La absorción de agua en el
espacio interlaminar tiene como
consecuencia la separación de
las laminas dando lugar al
hinchamiento

32. Capacidad de plasticidad
Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se
debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas
laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el
deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce
un esfuerzo sobre ellas.

33. Capacidad de Tixotropía
La tixotropía se define como el
fenómeno consistente en la pérdida de
resistencia de un coloide al amasarlo y
su posterior recuperación con el
tiempo.
Las arcillas tixotrópicas cuando son
amasadas se convierten un verdadero
liquido. Si a continuación, se las deja
en reposo recuperan la cohesión, así
como el comportamiento sólido

34. 4. “RELACIONES ENTRE LAS FASES SÓLIDA Y
LÍQUIDA EN UNA ARCILLA”
4.1. NEXOS PRIMARIOS
Ocurren entre los átomos de un
cristal de arcilla
4.2. NEXOS SECUNDARIOS
Nexos que se establecen entre
moléculas.
4.3. RELACIONES ENTRE LAS
PARTICULAS CRISTALINAS
DE ARCILLA Y AGUA.
Relaciones que existen entre los cristales
de arcilla que forman la estructura sólida del
suelo y del agua.

35. a) NEXOS IÒNICOS
4.1NEXOS PRIMARIOS
Se establecen entre 2 átomos que tengan
incompleto el número de los electrones en
sus bandas mas exteriores.
Un átomo que pierde los electrones en su
banda extrema, que pasan a ocupar los
lugares de los electrones faltantes en la
banda extrema del otro.

36. Los átomos que pierden o ganan electrones se
denominan iones y poseen carga desbalanceada.
Átomo neutro – electrón Ion positivo Átomo neutro + electrón Ion negativo

37. b) Nexos
Covalentes
Ocurre entre 2 átomos a
cada uno de los cuales les
falta uno o mas electrones
en sus bandas extremas.

38. c. EL NEXO A
TRAVÉS DE UN
NÚCLEO DE
HIDRÓGENO
05.
En ocasiones un átomo de hidrógeno
se puede combinar con un átomo de
oxígeno, de Flúor o de Nitrógeno
principalmente cediendo su único
electrón al átomo mas pesado
(electronegativo).

39. Fuerzas a consecuencia de
la naturaleza polar de las
moléculas. Ejm: El agua.
En estas moléculas , los
centros de carga positivo y
negativo no coinciden.
La molécula en conjunto
funciona como un pequeño
dipolo permanente.
FUERZAS DE VAN DER WAALS
4.2. NEXOS SECUNDARIOS

40. 4.3. RELACIONES ENTRE LAS PARTICULAS
CRISTALINAS DE ARCILLA Y AGUA.
A continuación se presenta todos los fenómenos del comportamiento de los
suelos:
Cuando una partícula cristalina de
arcilla queda rodeada de agua,
átomos de oxígeno del cristal
quedan en la superficie de estos,
como consecuencia de su
constitución interna.

41. Las cargas negativas de los átomos de
oxígeno en consecuencia, crean en la
superficie del cristal real, un campo
eléctrico hacia el exterior, con lo cual las
moléculas de agua vecina se ionizan, de
manera que los iones de hidrógeno
positivos resultan captados por el cristal,
así como también lo hacen los cationes
que pudiera haber en disolución en el
agua.

42. CARACTERÍSTICAS DEL AGUA ADSORBIDA POR
UN MINERAL ARCILLOSO
*Agua sólida → Propiedades similares a las del hielo.
*Agua viscosa → Propiedades intermedias entre el hielo y el agua en estado
líquido. Comportamiento de un fluido de alta viscosidad.

43. BIBLIOGRAFÍA
• JUAREZ BADILLO, Eulalio, RICO RODRIGUEZ, Alfonso, Mecánica de Suelos
Tomo I Fundamentos de la Mecánica de suelos, México, Ed. Limusa, 1985.
• RICO RODRIGUEZ, Alfonso, DEL CASTILLO, Hermilio, La Ingeniería de Suelos en
las Vias Terrestres, México, Ed. Limusa.
• https://accefyn.com/revista/Vol_31/121/537-544.PDF
• https://www.u-cursos.cl/diplomados/2009/2/DMS-TFD/1/material_docente/bajar
• BRAJA DAS, Fundamentos de Ingeniería Geotecnica.