ÍNDICEINTRODUCCIÓN.............................................................................................................................3

DESARROLLO.................................................................................................................................4

ESTRUCTURA QUÍMICA:..........................................................................................................4

Capacidad de intercambio catiónico:..........................................................................................5

ADSORCIÓN:...............................................................................................................................6

CLASIFICACIÓN:........................................................................................................................7

GRUPO DE MINERALES ARCILLOSOS:.............................................................................................7

Grupo de la Caolinita:.................................................................................................................8

Grupo de la Montmorillonita:....................................................................................................8

Grupo de la Illita:........................................................................................................................9

Grupo de la Clorita:....................................................................................................................9

PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS.....................................................................................................9

APLICACIÓN DE LOS MINERALES ARCILLOSOS EN LA CONTRUCCIÓN..........................................10

Arcilla para cerámica:...............................................................................................................10

Arcillas usadas como adsorbentes:..........................................................................................10

Arcillas usadas en cemento:.....................................................................................................10

Arcilla empleada como agregado ligero:..................................................................................11

Arcilla para refractarios:...........................................................................................................11

Arcilla utilizada como lodo de perforación:..............................................................................11

BENTONITA:.................................................................................................................................12

CONCLUSIÓN Y COMENTARIO.................................................................................................12

GRÁFICOS.........................................................................................................................................13

BIBLIOGRAFÍA:..................................................................................................................................18

INTRODUCCIÓN

La arcilla es uno de los materiales más comunes en la naturaleza, pero no es fácil definirla con precisión. Puede describirse como una sustancia terrosa que tiene:

Partículas coloidales o casi coloidales, Está formada principalmente por silicatos alumínicos hidratados, y, Presenta plasticidad cuando está húmeda y gran dureza al secarse.

La mayoría de las arcillas contiene además mezclas de minerales no arcillosos y materia orgánica. El término general material arcilloso, se aplica a los materiales argiláceos terroso de grano fino, incluyendo la arcilla, lutita y ciertos suelos arcillosos. La arcilla tiene su origen especialmente por la alteración de otros silicatos, principalmente la de los feldespatos. A veces permanece en el lugar de su formación, como el caolín y otras es arrastrada y depositada más lejos, sola o mezclada con otra sustancias.

Su color es variado, puede ser blanco a gris. Las arcillas están compuestas esencialmente de partículas cristalinas extremadamente pequeñas, pertenecientes a un grupo reducido de minerales, a los que se les conoce como minerales arcillosos que serán el tema de estudio y explicación de este ensayo.1

Los minerales arcillosos son hojosos, correosos, fibrosos o en una forma de tubo hueco, y se les identifica mediante el microscopio, rayos X y curvas de análisis térmicos. Tienen bases sustituibles; la que se forma está determinada por su origen y puede cambiar frente a cambios ambientales.2

Los minerales arcillosos presentan un tamaño reducido de partícula, y presencia de carga en su superficie, lo cual le otorga propiedades físico - químicas muy particulares: retención y liberación de moléculas orgánicas e inorgánicas, capacidad para mantenerse dispersas o reunirse en agregados voluminosos, hinchamiento, etc.2

Sus pequeñas dimensiones hacen que se comporte como un sistema coloidal cuando entra en contacto con agua, mientras que la presencia de cargas le permite atraer sustancias

3

ubicadas en la solución en contacto con ellas. Estos minerales presentan cargas con dos orígenes diferentes: permanentes y dependientes de pH. Tienen varios campos de aplicación, el que nos interesa explicar es en la Ingeniería Civil en donde se usa una clase específica de estos minerales, lo cual se explicará a continuación.2

DESARROLLO

Los minerales arcillosos son filosilicatos de aluminio hidratados a veces con cantidades variables de hierro, magnesio, metales alcalinos, tierras alcalinas y otros cationes. Estos son en general microscópicos. En la naturaleza los minerales de la arcilla son importantes componentes de la lutita y de los suelos. Se originan a partir de la meteorización o alteración hidrotermal  de feldespatos, piroxenos y micas. También se le llama arcilla a algunos materiales plásticos y a partículas de tamaño igual o menor a 2 micrómetros que es el tamaño único o más común de los todos los minerales de arcilla.1

ESTRUCTURA QUÍMICA:Estos minerales se constituyen de láminas de tetraedros con una composición química general de Si2O5 en donde cada tetraedro (SiO4) está unido en sus equinas a otros tres formando una red hexagonal. Aluminio y hierro pueden parcialmente reemplazar por silicio en la estructura mientras. Los oxígenos ubicados en el ápice de los tetredros de estas láminas pueden al mismo tiempo también formar parte de otra lámina paralela compuesta de octaedro. Estos octaedros suelen estar coordinados por cationes de Al, Mg, Fe3+ y Fe2+. Más infrecuentemente átomos de Li, V, Cr, Mn, Ni, Cu o Zn ocupan dicho sitio de coordinación.1

Las relativamente grandes superficies de los minerales de la arcilla pueden adsorber iones y moléculas ya están cargadas de electricidad estática.1

Las cargas permanentes, constantes o estructurales se han generado, a través de los procesos geológicos, debido a sustituciones isomórficas en las estructuras cristalinas, generalmente negativas debido al reemplazo de átomos de la estructura por otros de menor valencia (magnesio por aluminio, aluminio por silicio). Estas cargas resultan independientes del entorno del mineral.3

4

En los bordes, sin embargo, aparecen cargas que son dependientes del pH del medio y por lo tanto son variables. Surgen de la disociación de grupos superficiales, como muestra el siguiente esquema:

Si-OH2+ ¬ Si-OH ® Si-O-

pH < pzc pH = pzc pH > pzc

Sólo se encuentran neutralizadas bajo una cierta condición de pH, denominada pzc: punto de carga cero (point of zero charge), que depende del tipo de enlace químico involucrado. Cuando el pH se eleva por encima del pzc, en un medio más alcalinizado, la superficie de borde adquiere carga negativa (pH > pzc) mientras que al descender por debajo del pzc, en un medio más ácido, se vuelve positiva. Esto no implica que el valor de pzc sea neutro, dependiendo del grupo funcional implicado puede oscilar entre ácidos y alcalinos.3

Capacidad de intercambio catiónico:Como se mencionó previamente, en minerales de tipo montmorillonítico, las sustituciones isomórficas generan cargas permanentes negativas, mientras que el pH del medio circundante conduce al desarrollo de cargas en los bordes que pueden ser: negativas (pH > pzc), positivas (pH < pzc) o neutras (pH = pzc).3

Las cargas presentes definirán el tipo de iones que se adsorberán sobre la superficie.Cuando prevalecen superficies cargadas negativamente, son los cationes los que tenderán a acercarse a ella, tal como se muestra en el esquema de formación de doble capa eléctrica. 3

En este caso, los cationes ubicados en los planos a y b, o región estructurada, son lo que podrían evaluarse como cationes intercambiables, aunque no siempre esto pueda suceder, ya que un catión es intercambiable siempre y cuando pueda ser removido por otro. Los cationes orgánicos, que son atraídos sobre la superficie por fuerzas electrostáticas y también por fuerzas de van der Waals, generalmente son capaces de desplazar a los cationes inorgánicos que se encuentren en el sistema. Esta propiedad también se utiliza para evaluar superficie de minerales arcillosos.3

5

ADSORCIÓN:Dentro de los fenómenos superficiales de importancia se encuentra el de adsorción: cuando un compuesto en fase gaseosa o disuelto (adsorbato) entra en contacto con una superficie sólida (adsorbente), parte del mismo se une a la superficie, formando una o más capas de moléculas asociadas al adsorbente.

Este fenómeno (adsorción) reduce el desequilibrio de fuerzas atractivas en la región superficial del sólido, disminuyendo la energía libre del sistema. A su vez, las moléculas pasan desde una fase desordenada a otra mas ordenada sobre la superficie del sólido, por lo tanto el proceso ocurre con disminución de la entropía.

Dado que:

D G = D H - TD S

D H debe ser siempre negativo (el término - TD S contribuye en este caso a hacer mas positivo el valor de D G) durante el proceso de adsorción: lo cual implica que siempre se trata de una reacción superficial exotérmica.3

Las fuerzas que participan pueden ser de tipo Van der Waals, pareciéndose el proceso de adsorción al cambio de estado desde la fase gaseosa a la líquida para el adsorbato seleccionado. Cuando se establecen entre las partes enlaces químicos propiamente dichos el proceso se denomina quimisorción, con altas energías involucradas.2

Las isotermas de adsorción son representaciones gráficas de la cantidad de adsorbato adherido sobre la superficie de 1 gramo de sólido, en función de la cantidad inicial o de la concentración en equilibrio del mismo, siempre a temperatura constante.

El tipo de curva obtenida puede representar uno o más de los siguientes fenómenos:

captación de una monocapa de adsorbato captación en multicapas y condensación en poros (o capilares)

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La representación gráfica obtenida generalmente se ajusta a un tipo particular deEn forma específica, la atracción que se da entre el adsorbato y el adsorbente puede estar relacionada con distinto tipo de fuerzas atractivas:

- Electrostáticas: a partir de las interacciones con fuerzas electrostáticas los procesos son más o menos reversibles, y se los designa como intercambio iónico (se libera algo que está adsorbido a cambio que otra sustancia se pegue).

- De Van der Waals: en el caso que interactúen fuerzas de VW se denomina adsorción física (no necesita liberar algo adsorbido para que ocurra)

- Químicas: en el caso de formación de un enlace covalente se denomina quimisorción, proceso que resulta muy poco reversible. A partir de este fenómeno de adsorción superficial es que pueden utilizarse las arcillas en los procesos de clarificación de jugos y vinos, decoloración de aceites, retención de contaminantes coloreados procedentes de las industrias textiles, captación de pesticidas distribuidos en el suelo, el agua, etc.2

CLASIFICACIÓN:

Las arcillas son clasificadas en función de sus aplicaciones industriales, como se indica a

continuación:

Para lozas, carga de porcelana, fabricación de papel, y debido a su cocción en

blanco y su grano fino se utiliza: Caolines, Arcilla de porcelana, Arcilla de papel.1

Para la mezcla de loza debido a si cocción en blanco se utiliza: Arcilla grasa.1

Para refractarios debido a su alto contenido de alúmina se utilizan: Arcilla

Refractaria, Arcilla de Pedernal, Arcilla de Diásporo.1

Para la cacharrería, baldosas y tubos de desagüe debido a su cocción intensa se

utilizan: Arcilla de Cacharrería Pavimentación y conductor de desagüe.1

Para ladrillos, tejas debido a que son arcillas comunes se utilizan: Arcillas para 1ladrillos y tejas.

Para la fabricación de hierro y acero, y para la filtración se utiliza: Bentonita.1

Para el filtrado debido a su absorción se utiliza: Tierra de Batanes.1

GRUPO DE MINERALES ARCILLOSOS:

Los minerales arcillosos tienen cuatro grupos importantes: Caolinita, montmorillonita, illita

y clorita.

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Grupo de la Caolinita:

De los diferentes minerales de este grupo, la caolinita es la de importancia comercial. No se

expande al incrementar su contenido de agua y es apreciable un reemplazamiento del

aluminio por otros metales. Las grandes concentraciones de caolinita pura son formadas por

diversos procesos como: hidrotermal, meteorización y sedimentario, tales depósitos son

fuentes de arcilla de alto grado (caolín), usadas en cerámicas, para papel y de refractarios.1

Grupo de la Montmorillonita:

Se diferencia de la caolinita en varios aspectos: 1) La estructura básica, 2) El magnesio

puede reemplazar en gran parte al aluminio, 3) La montmorillonita tiene una estructura

reticular expansiva, 4) Los iones de Calcio, Sodio, Potasio, muestran una elevada capacidad

de intercambio de iones de cualquiera de los minerales arcillosos. Es el principal

constituyente de la bentonita que se expande y de ciertas arcillas absorbentes. Ambos

materiales son de importancia económica.1

Montmorillonita.- es un mineral del grupo de los silicatos, subgrupo filosilicatos y dentro de ellos pertenece a las llamadas arcillas. Es un hidroxisilicato de magnesio y aluminio, con otros posibles elementos.1, 4

Recibe su nombre de la localidad francesa de Montmorillon. Se caracteriza por una composición química inconstante. Es soluble en ácidos y se expande al contacto con agua. Estructuralmente se compone por una capa central que contiene aluminio y magnesio coordinados octaédricamente en forma de óxidos e hidróxidos. Dicha capa central está rodeada por otras dos capas. Las capas externas están formadas por óxidos de silicio coordinados tetraédricamente.1, 4

Para cimentación de construcciones es uno de los terrenos en los que se deben tomar más precauciones debido a su carácter expansivo. También posee propiedades tixotrópicas, lo que permite su utilización como lodos de perforación.1, 4

Bentonita.- una arcilla de grano muy fino (coloidal) del tipo de montmorillonita que contiene bases y hierro, utilizada en cerámica. El nombre deriva de un yacimiento que se encuentra en Fort Benton, Estados Unidos. El tamaño de las partículas es seguramente inferior a un 0,03% al del grano medio de la caolinita.4

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El tipo más normal es la cálcica. La sódica se hincha cuando toma contacto con el agua. El hierro que contiene siempre le da color, aunque existe también una bentonita blanca. Este tipo dará un mejor color en reducción que en la oxidación cuando se emplea en cuerpos de porcelana. Existen diversos tipos de bentonita que varían tanto en la plasticidad como en la dureza. Existen unas pocas, como la tierra de batán, que carecen totalmente de plasticidad.4

Es una arcilla muy pegajosa con un alto grado de encogimiento (los enlaces entre las capas unitarias permiten la entrada de una cantidad superior de agua que en la caolinita) y tiene tendencia a fracturarse durante la cocción y el enfriado. Por ese motivo no conviene trabajarla sola o como materia predominante de una masa. Su gran plasticidad puede servir de gran ayuda a cuerpos del tipo porcelana. También ayuda a la suspensión del barniz.4

Grupo de la Illita:

Illita es el término general usado para los minerales arcillosos parecidos a las micas. En el

registro micrográfico, esta se presenta como pequeñas escamas pobremente definidas, a

veces agrupada en agregados irregulares. Es el mineral más abundante en las arcillas, y

predominante en las lutitas.1

Grupo de la Clorita:

Estructuralmente las cloritas se asemejan a la illita. La clorita constituyente de las arcillas

es muy difícil de detectar y no se le ah estudiado como los otros grupos. Aparentemente es

un mineral abundante en los materiales arcillosos.1

PROPIEDADES DE LAS ARCILLAS

La propiedad de los minerales arcillosos es un factor importante en el control de las

propiedades de las arcillas, de ella dependen:

La plasticidad, que permite que sea moldeable antes de someterlo a ala acción del

calor.

Resistencia transversal.

Retracción tanto en el secado, como en la cocción, si es muy acentuada no sirve

para ser sometido al calor.

Fusibilidad que comienza en 1000°C con las arcillas de bajo grado y llega a 1300°C

a 1400°C en lsa arcillas refractarias. Las arcillas fusibles se vitrifican bajo los

1300°C y las refractarias a temperaturas no inferiores a 1600°C.1

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APLICACIÓN DE LOS MINERALES ARCILLOSOS EN LA CONTRUCCIÓN.

La aplicación que tiene más se les atribuye a las arcillas que contienen estos minerales, los

cuales dotan a las arcillas de las propiedades necesarias para que tengan un correcto uso en

las obras civiles, algunas de las aplicaciones son:

Arcilla para cerámica:

Casi un 75% de toda arcillas y lutita explotada, es usada en la manufactura de productos

cerámicos, sean éstos calcinados o no. estos productos pueden ser divididos en dos grupos

importantes. El primero incluye cerámica, porcelana, recipientes para química, sanitarios,

tejas de alta calidad, vajillas de porcelana y ciertos moldes empleados para quemar estos

productos en el horno a alta temperatura. El segundo grupo incluye a los que se les conoce

comúnmente como productos arcillosos estructurales, como son: el ladrillo común ladrillo

para adoquinar, tejas para construcciones, canales de desagües y otros.1

Arcillas usadas como adsorbentes:

Las arcillas adsorbentes tienen una propiedad muy útil, que es la capacidad para remover la

materia colorante de aceites, grasas y ceras. Esta acción decolorante no es un proceso de

filtración. Es una adsorción selectiva, tal como ocurre en las fábricas textiles, donde el tinte

deja a la solución y se adhiere a las fibras textiles. De manera similar, los materiales

coloreados dela aceite son atraídos fuertemente y llevados a la superficie de las partículas

de arcilla. Un gran número de arcillas adsorbentes son Bentonitas del tipo no expansivo.1

Arcillas usadas en cemento:

Las rocas sedimentarias que contienen cal, sílice y alúmina son las principales materias

primas para la fabricación del cemento. La cal proviene de la caliza y unas pocas calizas de

cemento contienen además otros óxidos en proporciones requeridas. Pero cuando se emplea

caliza con un alto contenido de calcio, se debe añadir sílice y alúmina; grandes cantidades

de arcilla y lutita son utilizadas para este propósito.1

Arcilla empleada como agregado ligero:

Ciertas lutitas y arcillas impuras tienen la propiedad de expandirse, transformándose en una

masa celular, cuando son calentadas rápidamente a temperaturas de 1000 – 1300 °C. la

10

investigación sobre la naturaleza del proceso de expansión indica que dos reacciones

simultáneas pueden tener lugar: La evolución de un gas y la fusión de un líquido que es

suficientemente viscoso como para atrapar el gas. El gas puede ser oxígeno, bióxido de

azufre o bióxido de carbono. Al soportar un enfriamiento brusco, la mezcla fundida forma

un material poroso similar a la escoria, el cual es tamizado para producir un agregado ligero

utilizado en el concreto. Sin embargo, deben realizarse previamente ensayos cuidadosos

para saber si una arcilla es apta para este propósito.1

Arcilla para refractarios:

Las arcillas apropiadas para la fabricación de ladrillos refractados, crisoles de arcillas y

para cementar las arenas de moldeo son conocidas como arcillas refractarias.

Sus propiedades son similares a las arcillas que se usan en alfarería o cerámica, excepto que

las antes mencionadas soportan altas temperaturas antes de fundirse.

Muchas arcillas refractarias tiene una elevada plasticidad y otras prácticamente ninguna. La

arcilla refractaria no plástica se la conoce como “arcilla refractaria silícea”, su nombre es

tomado de su textura densa y de su fractura concoidal silícea. La arcilla silícea debe ser

mezclada con arcilla plástica, para que pueda ser usada. Las arcillas con grado de

plasticidad intermedia son llamadas semisilíceas y semiplásticas.1

Unas pocas arcillas silíceas contienen cantidades apreciables de diásporas, la cual

incrementa su grado refractario. La industria está tomando a la bauxita como fuente de

alúmina, debido a las características refractarias que transmiten a la arcilla.1

Arcilla utilizada como lodo de perforación:

La variedad de bentonita en la que el mineral arcilloso es montmorillonita rica en sodio, es

capaz de absorber grandes cantidades de agua, expandiéndose enormemente, característica

que permite utilizar como lodo de perforación.1

Los lodos de perforación lubrican a la broca, extraen fragmentos de roca del fondo del

taladro, “cemente” las paredes ed los pozos de perforación y permanece en estado

gelatinoso, aunque no hay sido agitado, por un largo período de tiempo. La arcilla no

expansiva compuesta de atapulgita, también es usada como lodo de perforación, aunque en

cantidades mucho más pequeñas que la bentonita expansiva.1

11

BENTONITA:

En ingeniería civil y cimentaciones, para sostenimiento de tierras, en forma de lodo

bentonítico.

En construcción, como material de sellado.

En perforación de pozos para extraer agua, petróleo o gas natural, usada en la

preparación de los lodos de perforación.4

CONCLUSIÓN Y COMENTARIO

Los minerales arcillosos debidos a sus diversas propiedades tanto físicas como

químicas son de gran utilidad hoy en día para las obras civiles, aunque hay algunas de

las que debemos ser cuidadosos al momento de realizar nuestra obra civil, como es de

la Montmorrillonita, de la cual se debe tener cuidado al momento de la cimentación de

un terreno devino a que es expansiva y esto puede dañar nuestra obra civil.

En general los Minerales Arcillosos comprendes muchos grandes grupos en el mundo y

son de gran utilidad en diversos campos, aun no se ha logrado el estudio completo de

los mecanismos de formación de la arcilla, la alteración física y química de la roca, la

diagénesis de las arcillas son temas que van mucho más allá del alcance de esta

exposición, ya que es una investigación muy amplia.

Me parece muy interesante el tema de los Minerales Arcillosos ya que pude aprender

sobre sus diversas propiedades, las cuales dependen ciertamente de las arcillas o van

ligadas con las arcillas y de esto depende el saber si nos sirve o no utilizar cierto

minerales en obras civiles que realizaremos futuramente. Igualmente aprendí sobre los

minerales a los que debo tener mayor cuidado al momento de realizar mi construcción.

Aunque no se muestra todos sobre los minerales arcillosos ya que este es un tema muy

amplio, pude aprender sobre lo más importante de estos y sus diversas aplicaciones en

la vida cotidiana.

GRÁFICOS

12

13

Estructura Atómica Básica de los Minerales Arcillosos.3 Minerales Arcillosos.3

Capacidad de Intercambio Catiónico de los Minerales Representación Gráfica del Intercambio Catiónico.3

14

Tabla de los Minerales Arcillosos y su clasificación.1

15

Minerales Arcillosos del grupo de la Montmorillonita.11

Mineral Arcilloso del grupo de la Illita.10 Mineral Arcilloso del grupo de la Clorita.9

16

Barro de Arcilla para cerámica.9 Arcilla para Cemento.8

Concreto ligero fabricado mediante agregado ligero con la utilización de arcillas.7

Ladrillo refractado fabricado mediante la utilización de arcillas para el refractado.

BIBLIOGRAFÍA:

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1984. Quito

2. http://www.monografias.com/trabajos7/miar/miar.shtml#siste

3. http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/12/estructura-de-los-minerales-de-

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4. http://mineralespana.es/arrminerales/mineralesARR_B.htm

5. http://www.mariopilato.com/bentonita-sodica.htm

6. http://www.bentocol.com/Sitio/index.php?

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7. http://civilgeeks.com/2011/09/22/concreto-ligero/

8. http://modeladoartesplasticas.blogspot.com/

9. http://ciudadjuarez.olx.com.mx/barro-en-arcilla-de-mata-ortiz-para-ceramica-iid-

90790958

10. http://geologia.byethost17.com/mineralogia/silicatos/filosilicatos.htm

17

Bentonita Sódica.5Bentonita.4

Diagrama de los usos Bentonita-Sodio Montmorillonita en base a “Robenrson Spiders

11. http://litolandia-litolander.blogspot.com/2013/02/pseudomorfosis-de-nefelina-

imilchil-o.html

12. http://www.unp.edu.ar/museovirtual/Minerales/Fichashtm/fmontmorillo.htm

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