de modo que la probabilidad de que dos particulas al acercarse dentro de su movimiento broniano se
atraigan en lugar de repelerse aumenta; de hecho en este caso, la fuerza de atracción entre dos
particulas aumenta al disminuir su distancia. Si se llega a esta situación, se dice que el suelo se flocula,
fenómeno que produce, cuando la sedimentación tiene lugar, un depósito de agrupaciones de partículas
muy sueltas, ya que cada unidad depositada posee una alta proporción de vacios (Juárez & Rico, 1992).
Las principales características de las arcillas expansivas que deben considerarse desde el punto de vista
de la ingeniería son (Whitlow,
1993): a) área superficial; b) carga superficial y adsorción; c) capacidad de intercambio básico; d)
floculación y dispersión; e) expansión y contracción; t) plasticidad; g) cohesión y h) tixotropía. Algunas de
estas características se trataron en párrafos anteriores y se detallan un poco más en lo que sigue.
Área Superficial. Cuanto más pequeña y laminar sea una particula, mayor será su área superficial (As); la
relación del área superficial por gramo de masa recibe el nombre de superficie específica del suelo.
Considerando un cubo sólido de lado "d" y un peso especifico relativo de los sólidos ps, se tiene que la
superficie especifica de dicho cubo es:
En esta forma, un grano de cuarzo (Gs = 2.65) con un diámetro nominal de 1 mm tendrá una superficie
especifica de 2.3 x 10 m'g
Cuando esto se compara con una superficie específica de 800 m? / g de montmorilonita resulta evidente
la enorme área superficial de las arcillas. Como ilustración adicional, considere una partícula hipotética de
montmorilonita en forma de una sola laminilla con una masa de 1g, su espesor sería de sólo 0.002 mm,
pero para tener una superficie especifica de 800 m'g' sus dimensiones (teniendo en cuenta que tiene dos
lados) tendrían que ser 20 x 20 m. En la tabla I.2 se muestra la superficie específica y el contenido de
agua adsorbida aproximado de los principales tipos de minerales arcillosos, así como de una arena de
cuarzo.
Carga superficial y adsorción. Los iones que forman la superficie de los minerales de arcilla son 0ª u
(OH);, por lo que dichas superficies presentan una carga eléctrica negativa. Puesto que las moléculas de
agua son dipolares, esto es, tienen un extremo negativo y otro positivo, se forma una capa de agua que
queda unida a la superficie del mineral por medio de un enlace de hidrógeno
(H, O)*. En la zona inmediatamente adyacente a la superficie, las moléculas de agua son retenidas en
una capa fuertemente enlazada, pero al aumentar la distancia, los enlaces se debilitan y el agua resulta
mas fluida. Las propiedades de esta capa de agua adsorbida tienden a ser muy diferentes a las del agua
común; su viscosidad, densidad y punto de ebullición son mayores y su punto de congelamiento es más
bajo. Al determinar los contenidos de agua de suelos arcillosos es aconsejable secarlos a 105°C, para
asegurarse de haber eliminado toda el agua adsorbida. Los valores de la tabla I.2 muestran la gran
diversidad de contenidos de agua adsorbida, así como la superficie específica.
Capacidad de intercambio básico. La, carga superficial negativa total exhibida por todos los minerales de
arcilla, se puede neutralizar de varias maneras; parte por los cationes internos, parte por los enlaces de
hidrógeno en la capa acuosa adsorbida y parte
¿ debida a los cationes en la capa adsorbida. El resto de la carga superficial negativa que no se neutraliza
internamente recibe el nombre de capacidad de intercambio del mineral, y sus unidades se hacen
miliequivalentes por 100 g (me/100g).
Por lo general, entre los cationes en las capas adsorbidas y los propios del agua de los poros se
establece un equilibrio. Sin embargo, las proporciones relativas de cationes puede variar cuando se
introducen diferentes cationes del agua en los poros, puesto que algunos tienen mayor afinidad que otros.
Los de mayor afinidad tienden a reemplazar a los de afinidad más baja en la capa adsorbida.
El orden general de substitución entre los cationes es:
Floculación y dispersión. Las interacciones que se desarrollan entre dos particulas próximas entre sí en
una solución acuosa, serán afectadas por dos tipos de fuerzas: a) atracción entre partículas debida a las
fuerzas de enlaces secundarios o de van der Waals (inciso 1.5) y b) fuerzas de repulsión debidas a la
naturaleza de cargas negativas de superficie de la particula y de la capa adsorbida.
•Las fuerzas de atracción de van der Waals se incrementan si las partículas se acercan, por ejemplo, esto
sucede cuando el espesor de la capa adsorbida disminuye por el procesa de intercambio básico. En los
suelos cuya capa adsorbida es gruesa, la repulsión será de mayor magnitud y las partículas
permanecerán libres y dispersas.
Cuando la capa adsorbida es lo suficientemente delgada para que dominen las fuerzas de atracción, se
forman grupos de particulas, en los que se presentan contactos de superficie con aristas (positivo -
negativo); en una suspensión, estos grupos se sedimentan en conjunto. A este proceso se le llama
floculación, y a los suelos que presentan este fenómeno se les denominan suelos floculados. En las
arcillas marinas que contienen altas concentraciones de cationes, las capas adsorbidas son delgadas, por
lo que resultan estructuras floculadas, en tanto que las arcillas lacustres (agua dulce) tienden a presentar
estructuras dispersas (Whitlow, 1993). En la figura I.6, se muestran ambos tipos de estructuras.
