LIMITE DE CONSISTENCIA DEL SUELO FINOLa condicin fsica de la mezcla de suelo y agua est denotada por la Consistencia. La Consistencia se define como la resistencia al flujo, que est relacionado con la fuerza de atraccin entre partculas y es ms fcil de sentir fsicamente que de describir cuantitativamente (Yong & Warketin, 1966) (en Soil Mechanics Basic Concepts and Engineering Application. Aysen, A. 2002).

En estas condiciones podemos definir los lmites de Atterberg como:

Lmite Lquido: El Lmite Lquido LL es el contenido de humedad por encima del cual la mezcla suelo-agua pasa a un estado lquido. En este estado la mezcla se comporta como un fluido viscoso y fluye bajo su propio peso. Por debajo de ste contenido de humedad la mezcla se encuentra en estado plstico. Cualquier cambio en el contenido de humedad a cualquier lado de LL produce un cambio en el volumen del suelo.Lmite Plstico: El Lmite Plstico LP es el contenido de humedad por encima del cual la mezcla suelo-agua pasa a un estado plstico. En este estado la mezcla se deforma a cualquier forma bajo ligera presin. Por debajo de ste contenido de humedad la mezcla est en un estado semi slido. Cualquier cambio en el contenido de humedad a cualquier lado de LP produce un cambio en el volumen del suelo.Lmite de Contraccin: El Lmite de Contraccin es el contenido de de humedad por encima del cual la mezcla suelo-agua pasa a un estado semi slido. Por debajo de ste contenido de humedad la mezcla se encuentra en estado slido. Cualquier incremento en el contenido de humedad est asociado con un cambio de volumen pero una reduccin en el contenido de humedad no produce un cambio de volumen. Este es el mnimo contenido de humedad que provoca saturacin completa del a mezcla suelo-agua. El volumen permanece constante mientras la mezcla pasa del estado seco a LC movindose desde saturacin 0 % a 100 %. En el lado hmedo de LC el volumen de la mezcla se incrementa linealmente con el contenido de humedad.

Los Lmites de Atterberg son mundialmente utilizados en la clasificacin de suelos finos. Encontrar relaciones entre estos lmites y las propiedades del suelo ha sido materia de investigacin durante muchos aos. Terzaghi & Peck (1967) sugirieron la proporcin directa entre LL y la compresibilidad del suelo. Sherard (1953) report un comportamiento similar mientras investigaba los efectos de las propiedades ndice en el comportamiento de presas de tierra. Whyte (1982) sugiri un mtodo basado en la extrusin para la determinacin de LP y encontr que la relacin de resistencia en LP comparada con la relacin de resistencia en LL es de aproximadamente 70. Segn Skempton & Northy (1953) sta relacin es de aproximadamente 100. Una coleccin comprensiva de ecuaciones relacionando los ndices de compresibilidad y la plasticidad del suelo fue reportada por Bowles (1996). Estas relaciones pueden ser tiles en la orientacin de las primeras etapas de un estudio de factibilidad previas a la ejecucin de la exploracin del suelo y ensayos de su resistencia.LL para minerales de arcilla puede varias desde 50 para la caolinita a 60 para la ilita y hasta 700 para la Montmorillonita. La caolinita e ilita exhiben LP medio de 25 a 35, mientras la Montmorillonita puede tener LP de 100 (en Soil Mechanics Basic Concepts and Engineering Application. Aysen, A. 2002).LP es altamente influenciado por el contenido orgnico del suelo ya que elevan su valor sin aumentar LL, por esto suelos con alto contenido orgnico presentan IP bajo y LL elevado.LL y LP dependen de la cantidad y tipo de arcilla en el suelo. IP depende solo de la cantidad de arcilla (de all la relacin de Skempton para definir la actividad de la arcilla, basada en IP).

INDICES OBTENIDOS A PARTIR DE LOS LIMITES DE ATTERBERGLos parmetros de correlacin ms tiles, obtenidos a partir de la determinacin de los lmites de Atterberg son : el ndice de plasticidad IP, el ndice de liquidez IL, el ndice de contraccin IC y el grado de actividad de las arcillas Ac, los cuales se definen en la tabla a continuacin :

INDICE DE PLASTICIDAD IPAtterberg defini el ndice de plasticidad para describir el rango de contenido de humedad natural sobre el cual el suelo era plstico. El ndice de plasticidad IP, es por tanto numricamente igual a la diferencia entre el lmite lquido y el lmite plstico:IP = LL - LPEl ndice de plasticidad es til en la clasificacin ingenieril de suelos de grano fino y muchas propiedades de ingeniera se han correlacionado de forma emprica con este. Un suelo con un IP = 2 tiene una gama muy estrecha de plasticidad, por el contrario, un suelo con un IP = 30 tiene caractersticas plsticas muy elevadas.Con frecuencia, con fines de construccin se especifican suelos con un determinado IP plasticidad que se encuentra por debajo de cierta cantidad dada. Puesto que los suelos que conforman la subrasante para carreteras y autopistas se mejorarn necesariamente en alguna ocasin, los departamentos de caminos casi siempre requieren que la base de pavimentacin de las carreteras tenga un IP < 4.En general, los suelos arcillosos, resbaladizos, que pueden re moldearse con facilidad y laminarse en tiras largas, tienen un IP elevado y son materiales inadecuados como base de carreteras.A menudo se utiliza cemento para agregar resistencia al suelo in situ. Por lo comn, la cantidad utilizada est entre 5 - 10 % de la tierra utilizada, teniendo resistencias entre 300 - 800 psi.A menudo se emplea cal para mejorar las caractersticas de los suelos arcillosos. Por lo comn, estos ltimos son pobres y su subrasante es inestable para soportar la base de pavimentacin, poseen un IP elevado. La adicin de cal reduce el IP y se puede duplicar la resistencia de la arcilla compactada. La cal tiende a desecar el suelo, cuando la arcilla est demasiado mojada para poder compactarla.

En la siguiente tabla se presenta la calificacin del rango de plasticidad del suelo de acuerdo con el valor de IP.

Bajos valores de IP se son indeseables porque se considera que el suelo cambia rpidamente (en trminos de agua adicional) de un comportamiento semi slido a uno lquido. Para actividades de construccin la condicin real deseada es un IP elevado y bajo LL. Pero deben tomarse precauciones porque suelos con elevado IP pueden ser potencialmente expansivos.Las arcillas varan mucho en sus caractersticas fsicas y qumicas. Debido a las partculas extremadamente finas, es difcil investigar a profundidad sus propiedades, pero algunas de estas propiedades se pueden expresar en trminos de plasticidad utilizando pruebas estndar.Tanto LL como IP se ven afectados por la cantidad de arcilla, y el tipo de minerales de arcilla presentes.Un LL e IP altos indican un suelo hidrfilo y por lo tanto ms susceptible a los cambios en el contenido de humedad, que puede conducir a agrietamientos.Es importante recordar aqu la definicin de plasticidad, entendida como aquella propiedad del suelo que le permite ser deformado rpidamente sin romperse, sin rebote elstico y sin cambio de volumen. Segn la teora de Goldschmith, la plasticidad se debe a la presencia de partculas muy delgadas con cargas electro-magnticas en su superficie. Las molculas de agua son bipolares y se orientan como pequeos imanes con el campo magntico cercano a la superficie de las partculas de suelo. El agua es altamente viscosa en proximidad a las partculas del suelo, pero a medida que la distancia se ampla, la viscosidad disminuye hasta la distancia en donde hay agua normalmente. Cuando hay suficiente agua (correspondiendo con el estado plstico de consistencia) las partculas son separadas por molasas de agua que permiten a las partculas deslizarse entre si y adoptar nuevas posiciones, sin presentar tendencia a regresar a su posicin original, sin cambio de volumen de vacos y sin afectar la cohesin (En "Soil Mechanics and Foundations". Dr. B.C. Punmia, Ashok Kumar Jain, B.C. Punmia, Arun Kr. Jain).

INDICE DE PLASTICIDAD Y ANGULO DE FRICCION RESIDUAL DE SUELOS AOHESIVOSCONTRACCION Y EXPANSIONA lo largo de planos de falla preformados, despus de movimientos grandes, los suelos cohesivos presentan una resistencia cortante muy reducida (residual). El ngulo correspondiente de friccin efectiva fr, depende del ndice de plasticidad IP (ver la figura a continuacin). El parmetro fr se aplica en un anlisis de estabilidad en suelos donde han ocurrido movimientos previos (deslizamientos). Curvas que indican la variacin del ngulo de friccin efectiva con el ndice de plasticidad en suelos no alterados, normalmente consolidados y en suelos re moldeados.

INDICE DE LIQUIDEZTambin conocido como la Relacin Agua-Plasticidad, el ndice de Liquidez IL es el ndice utilizado para medir a escala el contenido de humedad natural de una muestra de suelo, respecto de los lmites lquido y plstico (indirectamente sirve para tener una medida aproximada de la resistencia del material), siendo definido como:

Donde Wn es el contenido de humedad natural (el encontrado en campo o en estado natural) de la muestra en cuestin. IL compara el contenido natural de humedad que presenta un suelo en el campo con LL y LP, y es un excelente indicador de la historia geolgica y las propiedades relativas del suelo, como se muestra esquemticamente en la siguiente figura:.

Variaciones del Indic de Liquidez

IL contribuye a evaluar el grado de desecacin comparativo en diferentes muestras de suelo, reduciendo la variacin debida a la litologa, al escalar el contenido de humedad respecto de la plasticidad. Tambin, el ndice de liquidez IL, refleja los efectos del contenido de humedad sobre una muestra de suelo re moldeada y saturada.La norma Britnica (BS 1377:1990) y la norma Vietnamita (TCVN 4197:1995), consideran que la comparacin de humedades utilizada en la frmula de IL, es ilgica, debido a las siguientes razones: El contenido de humedad de una muestra de suelo, se lleva a cabo en la totalidad de la muestra, incluyendo la fraccin gruesa (considerada como un componente no plstico) y la fraccin fina (considerada como un componente plstico). El lmite lquido LL y lmite plstico LP, se llevan a cabo solamente en la porcin fina. La forntera entre la porcin gruesa y la porcin fina, depende de las normas aplicadas. Por ejemplo, este lmite es de 1,0 mm para el estndar vietnamita y de 0,425 mm para la ASTM o BS.Por lo anterior, proponen una correccin a w en el caso ingls, y a LL y LP en el caso vietnamita, considerando el porcentaje de fraccin fina del material.La norma Americana (ASTM D4318) no requiere ninguna correccin.IL se expresa por lo general en porcentaje y puede utilizarse para evaluar el comportamiento de un depsito de suelo si este se encuentra alterado. Con base en el continuo de humedad, al comparar los valores de IL puede establecerse:

IL indica en suelos plsticos la historia de esfuerzos a que ha estado sometido el suelo.IL cercano a 0 - Suelo pre consolidado (suelo que ha soportado presiones efectivas mayores a las encontradas al momento de la prueba por los estratos en estado natural). Por ejemplo, suelos que en superficie han estado sometidos a la accin de la erosin (remocin de estratos superficiales).IL cercano a 1 - Suelo normalmente consolidado (suelo que nunca ha estado sometido a presiones efectivas mayores que las encontradas al momento de la prueba en estado natural). En estos suelos Wn cercana a LL.IL cercano a 0.20 indica que el suelo siendo altamente plstico tendr poca o nula expansin.IL = 1, el suelo re moldeado se encuentra en el lmite lquido LL y posee una resistencia al corte no drenada de aproximadamente 2 kPa.IL = 0, el suelo re moldeado se encuentra en su lmite plstico LP y posee una resistencia al corte no drenada de aproximadamente 200 kPa.Un depsito natural de suelo con w(%) > LL, tendr un IL > 1.0. En estado inalterado, estos suelos pueden parecer estables, pero un impacto sbito puede conducirlos al estado lquido. Este tipo de suelos se denomina arcillas sensibles o sensitivas.ACTIVIDAD DE ARCILLAS:La plasticidad se atribuye a la deformacin de la capa de agua adsorbida alrededor de las partculas de mineral de arcilla. Por lo tanto, el grado de plasticidad que presenta un suelo est relacionado con el tipo y cantidad de minerales arcillosos presentes. Como gua, entonces, el agua absorbida por un suelo brinda algn estimativo de la cantidad de arcilla presente en dicho suelo. En 1953, Skempton defini la actividad A de una arcilla como:

Donde la fraccin de arcilla usualmente se toma como el porcentaje en peso del suelo menor de 2 mm.La informacin proveniente de la actividad de la arcilla puede proveer una cierta inclinacin al tipo de arcilla presente y en consecuencia el comportamiento natural del suelo. Por ejemplo el nivel relativo de actividad esperado es bajo para la caolinita, medio para la ilita y alto para la Montmorillonita.Segn el grado de actividad, las arcillas se clasifican as:

La actividad ha sido til para cierta clasificacin y correlaciones de propiedades de ingeniera, especialmente para arcillas activas e inactivas. Tambin hay una correlacin regular a buena, de la actividad y tipo de mineral de arcilla. Sin embargo, solo los lmites de Atterberg son usualmente suficientes para estos propsitos y la actividad no produce realmente nueva informacin.

Curva de Flujo para Determinacin del ndice de Flujo.INDICE DE FLUJO:Corresponde a la pendiente de la lnea que representa en la figura anterior el contenido natural de humedad, expresado en porcentaje; contra el nmero de golpes en la determinacin de LL.Con base en la determinacin de un punto anterior a los 25 golpes, puede calcularse el ndice de flujo mediante la siguiente expresin:

Donde:w1: Humedad al nmero de golpes N1.N1: Nmero de golpes anterior a los 25 golpes.INDICE DE DUREZA:

El ndice de dureza, tambin llamado ndice de Resistencia, ID o IR, est definido por la siguiente expresin:

Este ndice representa la rapidez con que el suelo pasa del estado semislido al estado lquido segn la magnitud del rango de plasticidad, es decir, a menor valor del ndice de flujo, el ndice de dureza tendr un mayor valor, o sea, la susceptibilidad a originar un estado lquido (flujo de lodos), ser menor. A menor valor del ndice de flujo, el suelo ser ms susceptible a pasar rpidamente a un estado lquido.INDICE DE TENACIDAD:La tenacidad se conoce como aquella consistencia que presentan los suelos, cerca de LP. La potencialidad de la fraccin arcillosa de un suelo se identifica por la mayor o menor tenacidad del rollo de suelo al acercarse a LP y por la rigidez de la muestra al romperse finalmente entre los dedos.La debilidad del rollo en LP, y la rpida prdida de la coherencia de la muestra al rebasar este lmite, indican la presencia de arcilla inorgnica de baja plasticidad o de materiales tales como arcilla del tipo caoln y arcillas orgnicas que caen abajo de la lnea A. Las arcillas altamente orgnicas se sienten muy dbiles y esponjosas al tacto en LP.La resistencia de diferentes suelos arcillosos en LP no es constante, sino que puede variar ampliamente. En arcillas muy plsticas, la tenacidad en LP es alta, debindose aplicar fuerte presin con las manos para formar los rollos. Las arcillas de baja plasticidad son poco tenaces en LP.Algunos suelos finos y arenosos pueden, en apariencia, ser similares a las arcillas, pero no pueden formar rollos, entonces el lmite lquido es prcticamente igual al plstico y an menor, dando un IP negativo, luego no vale la pena obtener valores.Si dos suelos plsticos tienen igual LP IP pero diferentes curvas de flujo, el suelo con curva de menor pendiente, o sea el de menor ndice de flujo; tendr mayor resistencia en LP ; la resistencia al esfuerzo cortante de una arcilla en LP es una medida de su tenacidad, por lo que puede darse que la tenacidad de las arcillas de igual IP crece a menor ndice de flujo. En efecto sean :

Fw: indic de flujoS1: 25 gr/cm, resistencia al esfuerzo cortante de los suelos plsticos en LL.S2: Resistencia al esfuerzo cortante correspondiente a LP cuyo valor puede usarse para medir la tenacidad de una arcilla.Si IP = LL - LP, poniendo en lugar de N su equivalente Cs, donde C representa la relacin entre el nmero de golpes y la correspondiente resistencia, puede escribirse de :w = - Fw log N + CLL = - Fw log Cs1 + C (a)LP = - Fw log Cs2 + C (b)Si: (a) - (b)IP = LL - LP = Fw (log Cs2 - log C s1)IP = Fw log (s2 /s1)De donde, el ndice de Tenacidad Tw ser:

El ndice de tenacidad, junto al de fluidez, sirve para diferenciar las caractersticas de plasticidad de las arcillas. Vara generalmente entre 1 - 3 y difcilmente es igual a 5 o menor a 1.INDICE DE COMPRESIBILIDAD:Desde que se considera que el lmite lquido parece ser directamente proporcional a la compresibilidad de las arcillas, este ha sido relacionado empricamente. Terzaghi y Peck lo definieron como:Cc = 0.009 (LL - 10) con LL expresado en %.INDICE DE CONSISTENCIA RELATIVA:Tambin denominado por algunos autores como Consistencia Relativa, est definido como:

Dnde: Wn l es contenido de humedad del suelo en su estado natural.

Este ndice es til en el estudio del comportamiento en campo de suelos de grano fino saturados.Si CR < 0, o sea, Wn > LL el amasado del suelo lo transforma en un lodo viscoso.CR cercano a 0 indica que el suelo tiene resistencia a la compresin inconfinada entre 0,25 - 1,00 kg/cm.CR cercano a 1 indica que el suelo tiene resistencia a la compresin inconfinada entre 1,00 - 5,00 kg/cm. La resistencia al esfuerzo cortante del suelo crece en la medida en que 0 < CR < 1.0,00 < CR < 0,25 - Suelo muy blando0,25 < CR < 0,50 - Suelo blando0,50 < CR < 0,75 - Suelo de consistencia media0,75 < CR 1 el suelo se encuentra en un estado semi slido y tendr un comportamiento rgido.Si CR < 0 sel suelo posee un contenido de humedad natural superior a su LL y se comportar como un fluido viscoso.Contraccin y Expansin

Las grietas de contraccin pueden presentarse localmente cuando las presiones capilares exceden la cohesin o resistencia a la tensin del suelo. Estas grietas, parte de la microestructura de la arcilla, son zonas de debilidad que pueden reducir significativamente la resistencia general y afectan la estabilidad de taludes de arcilla y la capacidad de carga de fundaciones. La corteza desecada y agrietada usualmente se encuentra sobre depsitos de arcilla blanda y afecta la estabilidad de, por ejemplo, terraplenes de autopistas construidas sobre estos depsitos.

La contraccin y grietas de contraccin son causadas por evaporacin de la superficie en climas secos, disminuyendo el nivel de la tabla de agua y eventualmente la desecacin del suelo causada por los rboles durante temporadas de sequa en climas hmedos.

En la siguiente tablase presenta la experiencia de U.S. Bureau of Reclamation sobre investigaciones de suelos expansivos y arcillas expansivas, toda vez que al cambiar el clima de seco a hmedo y los suelos tienen nuevamente acceso al agua tienden a incrementar su volumen o expandirse.

El proceso de contraccin y expansin no es reversible, el suelo tiene memoria de su historia de esfuerzos y mostrar los efectos de contraccin previo y ciclos de secado. As, arcillas blandas se convierten en sobre consolidadas y menos compresibles debido al efecto del incremento en los esfuerzos efectivos causados por accin capilar.

En la figura 6 se presenta la correlacin entre la expansin y el colapso con el lmite lquido y la densidad seca in situ de los suelos, basada en la experiencia del U.S. Bureau of Reclama tin.

Figura 6. Gua para la Colapsibilidad, Compresibilidad y Expansin basada en las Densidades In Situ y el Lmite Lquido (adaptado de Mitchell y Gardner, 1975 y Gibbs, 1969).

El suelo seco se expande al mojarse e inversamente, el suelo hmedo se contrae al secarse. Se sabe que el agua puede sacarse del suelo hmedo por compresin ; el suelo seco ejerce una gran presin cuando se est humedeciendo. Se puede medir la cantidad de presin que un suelo seco o coloide ejerce cuando se est humedeciendo.

El hinchamiento de los suelos se define como el fenmeno que ocurre cuando aumenta el volumen de un slido y disminuye su cohesin, mientras ste absorbe un lquido sin perder su homogeneidad aparente.

Factores que afectan el hinchamiento :

1. Tipo de arcilla, arena superficial, arreglo estructural, densidad de la carga superficial, fuente de la carga.2. Cationes y aniones asociados con la arcilla.3. Materia orgnica.4. Sesquixidos.5. Agua entre las capas de arcilla.

Influencia de la Histresis del Agua del Suelo

El potencial de agua no es funcin nica del contenido de agua del suelo, sino que depende de la historia previa de la humedad de la muestra. A este fenmeno se le llama histresis del agua del suelo.

En la figura 7 se representa el efecto de la histresis de un suelo que inicialmente estuvo saturado, luego se sec lentamente hasta un valor de - 1500 julios/kg, despus se le moj con incrementos similares de agua hasta hacerlo llegar cerca del punto de saturacin, donde las curvas se cerraron. Si el proceso de secamiento hubiera cesado mas pronto, la curva de mojadura hubiera tenido una trayectoria distinta, tal como lo muestra la curva scanning B-A. De igual manera, si el secamiento hubiera comenzado antes que se alcanzara la saturacin completa, la curva de secamiento habra seguido la trayectoria de la curva scanning A-C. Si el suelo se hubiera secado mas de lo que indica la figura, la curva de mojadura sera una curva scanning. La curva de secamiento limitante se encuentra con secamiento que comienza con saturacin completa y la curva de mojadura limitante comienza con el suelo a la mayor sequedad posible, pues en la mayora de las aplicaciones de campo el secamiento es al aire (los suelos pueden secarse con P2O5 en el vaco, para conseguir secamiento completo).

Las curvas anteriores dependen de la temperatura, estructura y composicin. Cuando estas variables se mantienen constantes, los puntos que se determinan experimentalmente deben caer entre las curvas limitantes.

Figura 7. Histresis del Agua del Suelo.

INTRODUCCIN

El trmino arcilla se usa habitualmente con diferentes significados: Desde el punto de vista mineralgico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades fsico-qumicas dependen de su estructura y de su tamao de grano, muy fino (inferior a 2 mm).Desde el punto de vista petrolgico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrtico, con caractersticas bien definidas. Para un sediment logo, arcilla es un trmino granulomtrico, que abarca los sedimentos con un tamao de grano inferior a 2 mm.Para un ceramista una arcilla es un material natural que cuando se mezcla con agua en la cantidad adecuada se convierte en una pasta plstica. Desde el punto de vista econmico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes caractersticas mineralgicas y genticas y con distintas propiedades tecnolgicas y aplicaciones.Por tanto, el trmino arcilla no slo tiene connotaciones mineralgicas, sino tambin de tamao de partcula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamao de grano inferior a 2 mm. Segn esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaos, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partculas arcillosas cuando estn incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaos no superan las 2 mm.Las arcillas son constituyentes esenciales de gran parte de los suelos y sedimentos debido a que son, en su mayor parte, productos finales de la meteorizacin de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exgeno se hidrolizan.ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOSComo veremos, las propiedades de las arcillas son consecuencia de sus caractersticas estructurales. Por ello es imprescindible conocer la estructura de los filosilicatos para poder comprender sus propiedades.Las arcillas, al igual que el resto de los filosilicatos, presentan una estructura basada en el apilamiento de planos de iones oxgeno e hidroxilos. Los grupos tetradricos (SiO)44- se unen compartiendo tres de sus cuatro oxgenos con otros vecinos formando capas, de extensin infinita y frmula (Si2O5)2-, que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos. En ellas los tetraedros se distribuyen formando hexgonos. El silicio tetradrico puede estar, en parte, sustituido por Al3+ o Fe3+.

Estas capas tetradricas se unen a otras octadricas de tipo gibbsita o brucita. En ellas algunos Al3+ o Mg2+, pueden estar sustituidos por Fe2+ o Fe3+ y ms raramente por Li, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn. El plano de unin entre ambas capas est formado por los oxgenos de los tetraedros que se encontraban sin compartir con otros tetraedros (oxgenos apicales), y por grupos (OH)- de la capa brucitica o gibsitica, de forma que, en este plano, quede un (OH)- en el centro de cada hexgono formado por 6 oxgenos apicales. El resto de los (OH)- son reemplazados por los oxgenos de los tetraedros (Figura siguiente).

Una unin similar puede ocurrir en la superficie opuesta de la capa octadrica. As, los filosilicatos pueden estar formados por dos capas: tetradrica ms octadrica y se denominan bilaminares, 1:1, o T:O; o bien por tres capas: una octadrica y dos tetradricas, denominndose trilaminares, 2:1 o T:O:T. A la unidad formada por la unin de una capa octadrica ms una o dos tetradricas se la denomina lmina. Si todos los huecos octadricos estn ocupados, la lmina se denomina trioctadricos (Mg2+ dominante en la capa octadrica). Si solo estn ocupadas dos tercios de las posiciones octadricas y el tercio restante est vacante, se denomina dioctadricos (el Al3+ es el catin octadrico dominante). En algunos filosilicatos (esmectitas, vermiculitas, micas...) las lminas no son elctricamente neutras debido a las sustituciones de unos cationes por otros de distinta carga. El balance de carga se mantiene por la presencia, en el espacio inter laminar, o espacio existente entre dos lminas consecutivas, de cationes (como por ejemplo en el grupo de las micas), cationes hidratados (como en las vermiculitas y esmectitas) o grupos hidroxilo coordinados octadricamente, similares a las capas octadricas, como sucede en las cloritas. A stas ltimas tambin se las denomina T:O:T:O o 2:1:1. La unidad formada por una lmina ms la inter lmina es la unidad estructural. Los cationes inter laminares ms frecuentes son alcalinos (Na y K) o alcalinotrreos (Mg y Ca).

Las fuerzas que unen las diferentes unidades estructurales son ms dbiles que las existentes entre los iones de una misma lmina, por ese motivo los filosilicatos tienen una clara direccin de exfoliacin, paralela a las lminas. Tambin pertenecen a este grupo de minerales la sepiolita y la Paligorskita, a pesar de presentar diferencias estructurales con el resto de los filosilicatos. Estructuralmente estn formadas por lminas discontinuas de tipo mica. A diferencia del resto de los filosilicatos, que son laminares, stos tienen hbito fibroso (figura siguiente), ya que la capa basal de oxgenos es continua, pero los oxgenos apicales sufren una inversin peridica cada 8 posiciones octadricas (sepiolita) o cada 5 posiciones (paligorskita). Esta inversin da lugar a la interrupcin de la capa octadrica que es discontinua.

CLASIFICACIONLos filosilicatos se clasifican atendiendo a que sean bilaminares o trilaminares y dioctadricos o trioctadricos (Tabla siguiente). Como puede verse pertenecen a los filosilicatos grupos de minerales tan importantes como las micas y las arcillas.

PROPIEDADES FISICO-QUMICAS

Las importantes aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades fsico-qumicas. Dichas propiedades derivan, principalmente, de: Su extremadamente pequeo tamao de partcula (inferior a 2 mm) Su morfologa laminar (filosilicatos) Las sustituciones isomrficas, que dan lugar a la aparicin de carga en las lminas y a la presencia de cationes dbilmente ligados en el espacio inter laminar.Como consecuencia de estos factores, presentan, por una parte, un valor elevado del rea superficial y, a la vez, la presencia de una gran cantidad de superficie activa, con enlaces no saturados. Por ello pueden interaccionar con muy diversas sustancias, en especial compuestos polares, por lo que tienen comportamiento plstico en mezclas arcilla-agua con elevada proporcin slido/lquido y son capaces en algunos casos de hinchar, con el desarrollo de propiedades geolgicas en suspensiones acuosas.Por otra parte, la existencia de carga en las lminas se compensa, como ya se ha citado, con la entrada en el espacio inter laminar de cationes dbilmente ligados y con estado variable de hidratacin, que pueden ser intercambiados fcilmente mediante la puesta en contacto de la arcilla con una solucin saturada en otros cationes, a esta propiedad se la conoce como capacidad de intercambio catinico y es tambin la base de multitud de aplicaciones industriales.

SUPERFICIE ESPECIFICA:La superficie especfica o rea superficial de una arcilla se define como el rea de la superficie externa ms el rea de la superficie interna (en el caso de que esta exista) de las partculas constituyentes, por unidad de masa, expresada en m2/g.Las arcillas poseen una elevada superficie especfica, muy importante para ciertos usos industriales en los que la interaccin slido-fluido depende directamente de esta propiedad.A continuacin se muestran algunos ejemplos de superficies especficas de arcillas: Caolinita de elevada cristalinidad hasta 15 m2/g Caolinita de baja cristalinidad hasta 50 m2/g Halloisita hasta 60 m2/g Illita hasta 50 m2/g Montmorillonita 80-300 m2/g Sepiolita 100-240 m2/g Paligorskita 100-200 m2/g CAPACIDAD DE INTERCAMBIO CATIONICO:Es una propiedad fundamental de las esmectitas. Son capaces de cambiar, fcilmente, los iones fijados en la superficie exterior de sus cristales, en los espacios inter laminares, o en otros espacios interiores de las estructuras, por otros existentes en las soluciones acuosas envolventes. La capacidad de intercambio catinico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes: Sustituciones isomrficas dentro de la estructura. Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas. Disociacin de los grupos hidroxilos accesibles.El primer tipo es conocido como carga permanente y supone un 80 % de la carga neta de la partcula; adems es independiente de las condiciones de pH y actividad inica del medio. Los dos ltimos tipos de origen varan en funcin del pH y de la actividad inica. Corresponden a bordes cristalinos, qumicamente activos y representan el 20 % de la carga total de la lmina.A continuacin se muestran algunos ejemplos de capacidad de intercambio catinico (en meq/100 g):

Caolinita: 3-5 Halloisita: 10-40 Illita: 10-50 Clorita: 10-50 Vermiculita: 100-200 Montmorillonita: 80-200 Sepiolita-Paligorskita: 20-35CAPACIDAD DE ABSORCION:Algunas arcillas encuentran su principal campo de aplicacin en el sector de los absorbentes ya que pueden absorber agua u otras molculas en el espacio inter laminar (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y Paligorskita).La capacidad de absorcin est directamente relacionada con las caractersticas texturales (superficie especfica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difcilmente se dan de forma aislada: absorcin (cuando se trata fundamentalmente de procesos fsicos como la retencin por capilaridad) y adsorcin (cuando existe una interaccin de tipo qumico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el lquido o gas adsorbido, denominado adsrbalo).La capacidad de adsorcin se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorcin de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al peso.

HIDRATACION E HINCHAMIENTO:La hidratacin y deshidratacin del espacio inter laminar son propiedades caractersticas de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales. Aunque hidratacin y deshidratacin ocurren con independencia del tipo de catin de cambio presente, el grado de hidratacin s est ligado a la naturaleza del catin inter laminar y a la carga de la lmina.La absorcin de agua en el espacio inter laminar tiene como consecuencia la separacin de las lminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atraccin electrosttica catin-lmina y la energa de hidratacin del catin. A medida que se intercalan capas de agua y la separacin entre las lminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsin electrosttica entre lminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas lminas de otras. Cuando el catin inter laminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociacin de cristales individuales de esmectitas, teniendo como resultado un alto grado de dispersin y un mximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento ser mucho ms reducida.

PLASTICIDAD:Las arcillas son eminentemente plsticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partculas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partculas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas.La elevada plasticidad de las arcillas es consecuencia, nuevamente, de su morfologa laminar, tamao de partcula extremadamente pequeo (elevada rea superficial) y alta capacidad de hinchamiento.Generalmente, esta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinacin de los ndices de Atterberg (Lmite Lquido, Lmite Plstico y Lmite de Retraccin). Estos lmites marcan una separacin arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo slido, semislido, plstico y semilquido o viscoso (Jimnez Salas, et al. , 1975).La relacin existente entre el lmite lquido y el ndice de plasticidad ofrece una gran informacin sobre la composicin granulomtrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variacin entre los lmites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en funcin del catin de cambio. En gran parte, esta variacin se debe a la diferencia en el tamao de partcula y al grado de perfeccin del cristal. En general, cuanto ms pequeas son las partculas y ms imperfecta su estructura, ms plstico es el material.TIXOTROPIA:La tixotropa se define como el fenmeno consistente en la prdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperacin con el tiempo. Las arcillas tixotrpicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero lquido. Si, a continuacin, se las deja en reposo recuperan la cohesin, as como el comportamiento slido. Para que una arcilla tixotrpica muestre este especial comportamiento deber poseer un contenido en agua prximo a su lmite lquido. Por el contrario, en torno a su lmite plstico no existe posibilidad de comportamiento tixotrpico.