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1.4 TIPOS DE ARCILLAS MECANICA DE SUELOS

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE LA COSTA CHICA

DOCENTE: ING. Romana Josefa Mateos Lagunas Equipo 4:          

Luis Angel Velasco Gomez Emmanuel dela Cruz Nasario Cristina Santiago Lorenzo Armando García Paz José Francisco Castañeda Montalván Eduardo Amado Guadalupe Rafaela Bonifacio Alejandro Obed Hafid Rendón Hernández Ignacio Carmona José Asunción Chávez Valente

18 DE JUNIO DE 2019

INTRODUCCION En este reporte de investigación describiremos cuales son las principales características de las Arcillas, su definición, su origen, así como también cuales son los tipos de arcillas y cómo podemos clasificarlas según sus propiedades físico-químicas, para ello nos vimos obligados a buscar en diversas fuentes de información para concentrar toda la información obtenida en este reporte de investigación.

OBJETIVOS General 

Adquirir el conocimiento para la correcta identificación y clasificación de los tipos de Arcillas.

Específicos   

Obtener la información correcta para ampliar el conocimiento acerca de las arcillas. Describir las propiedades principales de las arcillas. Mostrar cómo se forman las arcillas.

DESARROLLO DEFINICION DE ARCILLA El termino de arcilla se usa habitualmente con diferentes significados: El diccionario nos dice lo siguiente: Las arcillas son las rocas blandas que se hacen plásticas al contacto con el agua, siendo frágiles en seco, y con gran capacidad de absorción. La Enciclopedia las define así: La arcilla es un silicato de aluminio hidratado, en forma de roca plástica, impermeable al agua y bajo la acción del calor se deshidrata, endureciéndose mucho. La Enciclopedia técnica dice: Las arcillas son cualquier sedimento o depósito mineral que es plástico cuando se humedece y que consiste de un material granuloso muy fino, formado por partículas muy pequeñas cuyo tamaño es inferior a 4 micras, y que se componen principalmente de silicatos de aluminio hidratados [¡1 micra es la diezmilésima parte de un centímetro! o sea la dimensión aproximada de los microbios comunes]. Desde el punto de vista mineralógico, engloba a un grupo de minerales (minerales de la arcilla), filosilicatos en su mayor parte, cuyas propiedades físico-químicas dependen de su estructura y de su tamaño de grano, muy fino (inferior a 2 mm). Desde el punto de vista petrológico la arcilla es una roca sedimentaria, en la mayor parte de los casos de origen detrítico, con características bien definidas. Para un sedimentólogo, arcilla es un término granulométrico, que abarca los sedimentos con un tamaño 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 plástica. Desde el punto de vista económico las arcillas son un grupo de minerales industriales con diferentes características mineralógicas y genéticas y con distintas propiedades tecnológicas y aplicaciones Por tanto, el término arcilla no sólo tiene connotaciones mineralógicas, sino también de tamaño de partícula, en este sentido se consideran arcillas todas las fracciones con un tamaño de grano inferior a 2 mm. Según esto todos los filosilicatos pueden considerarse verdaderas arcillas si se encuentran dentro de dicho rango de tamaños, incluso minerales no pertenecientes al grupo de los filosilicatos (cuarzo, feldespatos, etc.) pueden ser considerados partículas arcillosas cuando están

incluidos en un sedimento arcilloso y sus tamaños 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 meteorización de los silicatos que, formados a mayores presiones y temperaturas, en el medio exógeno se hidrolizan.

HISTORIA DEL USO DE LA ARCILLA La arcilla tiene propiedades plásticas, lo que significa que al humedecerla puede ser modelada fácilmente. Al secarse se torna firme y cuando se somete a altas temperaturas aparecen reacciones químicas que, entre otros cambios, causan que la arcilla se convierta en un material permanentemente rígido, denominado cerámica. Por estas propiedades la arcilla es utilizada para hacer objetos de alfarería, de uso cotidiano o decorativo. Los diferentes tipos de arcilla, cuando se mezclan con diferentes minerales y en diversas condiciones, son utilizadas para producir loza, gres y porcelana. Dependiendo del contenido mineral de la tierra, la arcilla, puede aparecer en varios colores, desde un pálido gris a un oscuro rojo anaranjado. Un horno diseñado específicamente para cocer arcilla es llamado horno de alfarero. La humanidad descubrió las útiles propiedades de la arcilla en tiempos prehistóricos, y los recipientes más antiguos descubiertos son las vasijas elaboradas con arcilla. También se utilizó, desde la prehistoria, para construir edificaciones de tapial, adobe y posteriormente ladrillo, elemento de construcción cuyo uso aún perdura y es el más utilizado para hacer muros y paredes en el mundo moderno. La arcilla fue utilizada en la antigüedad también como soporte de escritura. Miles de años antes de Cristo, por cuenta de los sumerios en la región mesopotámica, la escritura cuneiforme fue inscrita en tablillas de arcilla. La arcilla cocida al fuego, la cerámica, es uno de los medios más baratos de producir objetos de uso cotidiano, y una de las materias primas utilizada profusamente, aun hoy en día. Ladrillos, vasijas, platos, objetos de arte, e incluso sarcófagos o instrumentos musicales, tales como la ocarina, fueron y son modelados con arcilla. La arcilla también se utiliza en muchos procesos industriales, tales como la producción de cemento, elaboración de papel, y obtención de sustancias de filtrado. Los arqueólogos utilizan las características magnéticas de la arcilla cocida encontrada en bases de hogueras, hornos, etc., para fechar los elementos arcillosos que han permanecido con la misma orientación, y compararlos con otros periodos históricos.

ESTRUCTURA DE LOS FILOSILICATOS(ARCILLAS) Los tetraedros son pirámides de base triangular, con todas sus caras iguales, (cuatro triángulos equiláteros). La unidad estructural básica de los filosilicatos son tetraedros de silicio y oxigeno (SiO)₄ Dichos tetraedros se unen compartiendo tres de sus cuatros oxígenos con otros vecinos formando capas, de extensión infinitas y formulas (Si₂O₅)₂- (capa tetraédrica), que constituyen la unidad fundamental de los filosilicatos.

Los tetraedros, en el caso de los filosilicatos, comparten su vértice superior con un octaedro de coordinación, con Al y/o Mg en el centro y O y/o OH en los seis vértices. Los octaedros son bipirámides con su plano ecuatorial cuadrado y todas sus caras triángulos equiláteros iguales. Los octaedros en estas estructuras se disponen apoyados en una de sus caras.

Estos octaedros se encuentran también descompensados eléctricamente (dos cargas positivas si el catión octaédrico es el Mg o tres si se trata de Al, frente a las 12 posibles cargas negativas que pueden aportar los seis vértices). Para neutralizarse se comparten entre sí sus vértices formando una capa de octaedros (además se unirán a los silicios de la capa tetraédrica). Las capas de tetraedros y octaedros se acoplan dando láminas que al repetirse forma la estructura cristalina.

GRANULOMETRIA Dentro de la clasificación granulométrica de las partículas del suelo, las arcillas ocu pan el siguiente lugar:

No obstante, lo anterior, la clasificación USCS que es utilizada habitualmente en in geniería usa los límites de tamaños máximos de 4,75 mm para las arenas y de 0,0 75 mm para las arcillas y limos.

PROPIEDADES FÍSICO-QUÍMICAS Las aplicaciones industriales de este grupo de minerales radican en sus propiedades físicoquímicas: a) Pequeño tamaño de partícula (inferior a 2 um). b) Su morfología laminar (filosilicatos). c) Las sustituciones isomórficas, que dan lugar a la aparición de carga en las láminas y la presencia de cationes débilmente ligados en el espacio interlaminar Capacidad de absorción El fenómeno consiste en la perdida de resistencia de un coloide al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Capacidad de intercambio catiónico Son capaces de cambiar, fácilmente, los iones fijados en la superficie exterior de los cristales o atraer cationes a su superficie (Ca⁺, Mg⁺, k⁺). Tixotropía 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 (esmectitas) o en los canales estructurales (sepiolita y papaligorskita). Hidratación e hinchamiento La hidratación y deshidratación del espacio interlaminar son propiedades características de las esmectitas, y cuya importancia es crucial en los diferentes usos industriales.

CLASIFICACION DE LAS ARCILLAS Por su origen, las arcillas se clasifican como sigue: Arcillas caolines. Son arcillas residuales, las más puras, de alto porcentaje de caolinita. Son de alto grado, grano fino. Cocción en blanco. Se emplean en la manufactura de loza, porcelana y papel. Arcillas grasas. Son arcillas muy plásticas y untuosas. Cocción en blanco. Se emplean en la manufactura de loza. Arcillas refractarias. Son arcillas que contienen poco óxido metálico y álcalis, y pueden resistir temperaturas elevadas sin desagregarse, por cuya razón se usan en la construcción de hornos, crisoles, estufas y obras similares. Arcillas de alfarería. Son arcillas semirefractarias de fuerte acción y muy semejantes a las arcillas refractarias. Se emplean en alfarería y cerámica. Arcillas para ladrillos y tejas. Constituyen el tipo más corriente. Son de bajo valor. Se emplean en todas partes para estos productos. Al ser sometidas a la acción del fuego adquieren un color rojo. Las arcillas comerciales o arcillas empleadas como material crudo en las construcciones están entre los más importantes recursos minerales no metálicos. El valor de estas arcillas está estrechamente relacionado con sus composiciones mineralógicas y químicas, especialmente las arcillas que contienen los minerales caolinita, montmorilonita, illita y atapulgita, La presencia de otros minerales o impurezas de sales solubles restringe sus usos. Las impurezas más comunes son cuarzo, carbonatos, óxido de hierro, sulfatos y feldespato. Arcillas comerciales Arcillas caoliníticas. Las que contienen un gran porcentaje de la mineral caolinita. Varias arcillas comerciales están compuestas predominantemente de caolinita; estas son: arcilla china, arcillas esferoidales, arcillas refractarias y arcillas duras que se emplean en la manufactura de cerámica (alfarería, porcelana, refractarios), papel, pintura, plásticos, insecticidas, catalizadores y tinta; en la industria eléctrica, etc. Arcilla china. Son caolines blancos de gran calidad. Se emplean en la manufactura de cerámica (alfarería, refractarias y porcelana), papeles, pintura, plásticos, insecticidas, catalizadores y tinta. Arcilla dura. Es una arcilla refractaria compuesta esencialmente de caolinita, pero es plástica.

Arcilla diáspora. Es una arcilla compuesta de diáspora y caolinita. La diáspora es un óxido de aluminio hidratado con 85% de Al2O3 y 15% de agua. Es muy dura y muy refractaria. Se emplea casi exclusivamente en la industria refractaria. Arcillas esferoidales. Compuestas principalmente de caolinita, pero de color más oscuro que el caolín. Se emplean en la manufactura de cerámica donde no prevalece el color blanco. Arcillas refractarias. Compuestas de caolinita, con pequeñas cantidades de impurezas como illita y cuarzo. Soportan temperaturas de 1500ºC o más. Se emplean en revestimientos de hornos, vasijas para productos químicos, crisoles, retortas, equipos para fundición, ladrillos refractarios, etc. Arcillas de atapulgita. Son silicato de aluminio y magnesio hidratados. Se emplean para descolorar y en el refinado de aceites minerales y vegetales y cera. Arcillas mixtas. La mayoría de las arcillas contienen mezclas en diferentes proporciones de caolinita, montmorilonita, illita y atapulgita, La industria de estructurales de arcilla es el mayor consumidor de este tipo de arcilla. Con ellas se fabrican ladrillos, tejas, conductos de agua, baldosas, desagües, albañales, bloques, etc. La arcilla y sus productos tienen tantos usos que es difícil hacer una lista completa de ellos. A manera general, podemos decir que la arcilla se usa en cerámica, porcelana, jarros, ornamentos, tejas, telas impermeables, linóleo, papel, jabón y ladrillos. En los diferentes edificios se emplean para ladrillo de construcción, tejas para techos, tubos para conducción de aguas limpias y negras, baldosas, revestimientos, etc. En la industria eléctrica se utiliza en cajas para enchufes, aisladores, conmutadores, etc. En refractarios para revestir hornos, vasijas para productos químicos, crisoles, retortas, etc. Otros usos son arenas de fundición, ruedas de esmeril, balastos cemento, filtrado de aceite, fabricación de papel y muchos otros de menor importancia. Las arcillas se pueden clasificar de acuerdo con varios factores. Así, dependiendo del proceso geológico que las originó y a la ubicación del yacimiento en el que se encuentran, se pueden clasificar en: 



Arcilla primaria: se utiliza esta denominación cuando el yacimiento donde se encuentra es el mismo lugar en donde se originó. El caolín es la única arcilla primaria conocida. Arcillas secundarias: son las que se han desplazado después de su formación, por fuerzas físicas o químicas. Se encuentran entre ellas el caolín secundario, la arcilla refractaria, la arcilla de bola, el barro de superficie y el gres.

Si atendemos a la estructura de sus componentes, se distinguen las arcillas filitenses y las arcillas fibrosas.

También se pueden distinguir las arcillas de acuerdo a su plasticidad. Existen así las arcillas plásticas (como la caolinítica) y las poco plásticas (como la esméctica, que absorbe las grasas). Por último, hay también las arcillas calcáreas, la arcilla con bloques (arcilla, grava y bloques de piedra de las morrenas), la arcilla de descalcificación y las arcillitas (esquistos arcillosos).

FORMACION DE LAS ARCILLAS Las distintas arcillas se formaron, primero a partir de la descomposición de las formaciones rocosas y, por la acción de distintos factores, presión tectónica, movimientos sísmicos, distintos tipos de erosión, etc., y segundo por la adquisición, durante el viaje hasta su lugar de sedimentación, de diferentes impurezas de origen mineral; por lo tanto, dependiendo de las características de la roca de origen, existen innumerables tipos de arcillas, cada una de las cuales posee unas propiedades particulares. El proceso de sedimentación dura millones de años. Los lechos de arcilla se encuentran, en casi todos los terrenos, a flor de tierra o a pocos metros de la superficie, aunque no todos son útiles para el ceramista. Entre sus componentes básicos debemos destacar las materias plásticas como el caolín y la arcilla y, los no plásticos o antiplásticos, como el cuarzo, la arena o la pegmatita, que prestan un papel fundamental en el proceso de transformación de los materiales dentro del horno, actuando como fundentes. Todos los tipos de arcilla, en el tiempo de secado y de cocción, sufren un proceso de encogimiento, de reducción de tamaño. Esta disminución de tamaño es mayor, cuanto menor sea el contenido de materias no plásticas de la arcilla que estamos trabajando.

TIPOS DE ARCILLAS Tipo de arcillas  La arcilla de china o caolín La caolinita es un mineral de arcilla que forma parte del grupo de minerales industriales, con la composición química Al2Si2O5(OH)4. Se trata de un mineral tipo silicato estratificado, con una lámina de tetraedros unida a través de átomos de oxígeno en una lámina de octaedros de alúmina.1 Las rocas que son ricas en caolinita son conocidas como caolín o arcilla de China.2 La palabra caolín se deriva del nombre chino de montaña Kao-Ling shan (高 岭山 / 高嶺山, pinyin Gāolǐng shān), ubicada (29°31'36.6"N y 116°36'38.7"E) a 50 km al sureste del pueblo de Jingdezhen, provincia de Jiangxi, China.3 El nombre proviene de la versión francesa de la palabra: kaolin, a partir de informes de Francois Xavier d'Entrecolles de Jingdezhen.4 En África, el caolín es a veces conocido como kalaba (en Gabón5 y Camerún).6

 la arcilla refractaria Los óxidos de aluminio (alúmina), de silicio (sílice) y magnesio (óxido de magnesio) son los materiales refractarios más importantes. Otro óxido que se encuentra generalmente en materiales refractarios es el óxido de calcio (cal). Las arcillas refractarias también se utilizan ampliamente en la fabricación de materiales refractarios, como puede ser la chamota.

 la acilla de bola Las arcillas de bola son arcillas sedimentarias caolínicas, que a menudo consisten de 20-80% de caolinita, 10- 25% de mica, 6-65% de cuarzo. Localizadas en vetas en el mismo depósito tienen variaciones en la composición como la cantidad de los minerales principales, de los minerales accesorios o de materiales carbonosos como el lignito.1 Son de grano fino y plásticas en la naturaleza. La arcilla de bola es una arcilla con mucha plasticidad y poco calcio que se extraía manualmente, a finales del siglo XIX, en los campos del sur de Inglaterra. Su nombre procede de las bolas que hacían los mineros para facilitar su extracción. Las arcillas de bola son depósitos relativamente escasos debido a la combinación de los factores geológicos necesarios para su formación y preservación. Se extraen en minas del este de los Estados Unidos y de tres yacimientos2 en Devon y Dorset al suroeste de Inglaterra.3 Son comúnmente utilizadas en la construcción de muchos artículos de cerámica, donde su función principal es impartir plasticidad y ayudar a la estabilidad reológica durante los procesos de conformación.

CONCLUCION Finalizando con este reporte de investigación, me atrevo a decir que hay muchas formas de clasificar las arcillas, las cuales pueden ser desde el uso que se le dé hasta cual es el origen de la misma, quedando complicada la identificación exacta si no se tienen conocimientos previos de las propiedades de las arcillas. Cabe mencionar que, si englobamos los tipos de arcillas principales, son 4, quienes serán la base para poder identificar los tipos de arcillas. Por último, llegamos a la conclusión de que las arcillas, en la ingeniería civil, son contaminantes en el campo de la construcción, pero, sin embargo, la ciencia ha utilizado sus propiedades para la mezcla con diversos materiales los cuales nos sirven en la construcción.

BIBLIOGRAFIA  Bowles, Manual del laboratorio de suelos, Mc Graw Hill  Juárez Badillo y Rico Rodríguez, Mecánica de suelos Tomo I, Limusa.  Martínez Cruz, A.I., Exploración muestreo y ensaye de suelos, I.P.N.  https://es.slideshare.net/herlicondoriflores/estructuras-y-tipos-de-arcillas-herli  https://es.wikipedia.org/wiki/Arcilla  https://www.quiminet.com/articulos/clasificacion-de-las-arcillas-2561507.htm  http://www.todacultura.com/ceramica/arcilla.htm