Floculación y Dispersión – Suelos.

Si la resultante de las fuerzas de atracción y repulsión entre dos partículas arcillosas es de atracción, ambas partículas tenderán a moverse una hacia otra, entrando en contacto: es la floculación. Si la fuerza resultante es repulsiva tenderán a separarse unas de otras: es la dispersión. Como la componente de repulsión depende en gran parte de las características del sistema mientras que la componente de atracción no está influenciada por las características del mismo, puede provocarse una tendencia hacia la floculación o dispersión al alterar las características del sistema, modificando el espesor de la doble capa. Normalmente se provoca una tendencia a la floculación aumentando una o varias de las siguientes características:

Concentración de electrólitos.

Valencia jónica.
Temperatura.

o disminuyendo una o más de las siguientes:

Constante dieléctrica.
Tamaño del ion hidratado.
Adsorción de aniones
pH

La mayoría de los efectos de la variación de las características del sistema suelo-agua sobre la tendencia a la floculación o dispersión pueden demostrarse con una suspensión de suelo en agua en un tubo de ensayo. En cada experimento se emplea el mismo peso de partículas de suelo. La experiencia se ilustra en la Fig. 5.14.

Los dos tipos de fuerzas entre partículas, comentadas hasta ahora, poseen dos características importantes:

Se originan en el interior de los cristales minerales.
2. Pueden tener influencia en distancias relativamente grandes, por ejemplo varios cientos de angstroms.

En las teorías coloidales sólo se consideran los dos tipos de fuerzas citados. Existe también una clara evidencia de que otras fuerzas eléctricas pueden resultar muy importantes cuando la separación entre partículas arcillosas se reduce a distancias muy pequeñas, como suele ser típico de los depósitos de suelo con los que trata el ingeniero civil. La fuerza más importante no considerada por las teorías coloidales es la debida a la carga neta positiva en los bordes de las partículas de suelo. Esta carga neta es pequeña respecto a la carga negativa de la partícula producida por la substitución isomorfa, por lo cual desempeña un papel secundario cuando las partículas adyacentes están a una distancia de varios cientos de angstroms. Sin embargo, cuando las partículas están más próximas, esta carga de borde puede dar lugar a un enlace borde-cara, entre partículas, de tipo electrostático.

En las experiencias representadas en la Fig. 5.14, los sedimentos floculados estaban formados por partículas mutuamente atraídas formando conjuntos sueltos. Las partículas sedimentarias que se repelen mutuamente pueden agruparse en disposiciones muy semejantes a los castillos de naipes. La Fig. 5.15 muestra algunas disposiciones de las partículas en los sedimentos de suelo. Cuando la floculación es del tipo salino (la estudiada por las teorías coloidales), existe un cierto grado de paralelismo entre partículas adyacentes ya que la atracción entre partículas es del tipo de valencia secundaria. En la floculación borde-cara o de tipo no salino, las partículas tienden a orientarse perpendicularmente ya que la atracción entre el borde de la partícula y la cara de otra es electrostática. Como se aprecia en la Fig. 5.1 5c, el sedimento disperso tiende a poseer partículas en disposición paralela. 

 

Fig. 5.14. Efectos de las características del sistema sobre la sedimentación de un suelo, a) Influencia de la concentración de electrólito. b) Influencia de la valencia jónica. c) Efecto de a constante dieléctrica de Influencia de la temperatura. e) Influencia del volumen del ion hidratado. f) Influencia del pH. Todos los tubos tienen la misma concentración de suelo en volumen.

 

Fig. 5.15. Estructura de sedimentos. a) Floculación salina. b) Floculación no salina. c) Dispersión.