La cohesión del suelo se refiere a la capacidad que tienen las partículas del suelo de permanecer unidas como conjunto, como resultado de la trabazón conjunta o las microestructuras existentes en el suelo.
Figura 1.9. Estructuras que dan cohesión a los suelos granulares.
(a) Partículas con textura angular. (b) Partículas con textura redondeada.
Para el caso de suelos compuestos de partículas con forma granular, la trabazón entre partículas origina estructuras granulares simples y la fricción que se origina entre ellas contrarresta el deslizamiento de unas respecto a otras, como se muestra en la Figura 1.9. A este comportamiento se lo identifica como la cohesión para el caso de suelos granulares, donde el suelo presenta resistencia contra su disgregación ocasionada por un agente externo.
El grado de cohesión que presentan los suelos granulares, está en función a la textura de las partículas de forma granular. La partículas con textura angular (Figura 1.9a) logran que el suelo tenga cohesión, mientras que las partículas con textura redondeada (Figura 1.9b) no contribuyen a la cohesión del suelo.
La forma de hojuela, el tamaño y la carga eléctrica negativa superficial de las partículas compuestas de minerales de arcilla, da lugar a que estas partículas generen fuerzas de atracción y repulsión entre ellas, originando estructuras que se muestran en la Figura 1.10.
Figura 1.10. Estructura de las partículas de arcilla sedimentadas (Whitlow, 1994).
(a) Partículas floculadas. (b) Partículas dispersas.
Los iones que forman la superficie en hojuelas de los minerales de arcilla son O– y (OH)–, por lo que estas superficies tienen una carga eléctrica negativa. Puesto que las moléculas de agua son bipolares, es decir que tienen un extremo positivo y negativo, la superficie negativa del mineral de arcilla atrae a las moléculas de agua, por lo que se forma una capa de agua que queda unida a la superficie del mineral por medio de un enlace de hidrógeno (H3O)+.
La fuerza de atracción denominada fuerza de Van der Waals, se incrementa cuando el espesor de la capa de agua absorbida disminuye por un proceso de intercambio básico, lo que origina que las partículas suspendidas en agua se acerquen cada vez más. Cuando la capa absorbida es lo suficientemente delgada para que dominen las fuerzas de atracción, al sedimentarse se forman grupos de partículas con sus superficies en contacto entre extremos positivo–negativo (Figura 1.10a), lo que se llama floculación. Este comportamiento de las partículas de minerales de arcilla dan cohesión a la masa de suelo, manteniéndola unida.
Figura 1.11. Estructuras microscópicas que dan cohesión al suelo (Das, 1998).
(a) Macroestructura. (b) Microestructura.
En un depósito de sedimento compuesto de partículas floculadas de minerales de arcilla, se observa en la Figura 1.11 que se forman diferentes unidades estructurales microscópicas.
En la Figura 1.11b se ve que la unión de una cantidad pequeña de partículas de minerales de arcilla es llamada: dominios, un conjunto de dominios agrupado por las fuerzas interparticulares es llamado grupo, un grupo de dominios y racimos establecen una microestructura que encierran vacíos llamados microporos. Los racimos en grandes grupos forman un terrón (Figura 1.11b) que son las unidades más grandes y pueden ser vistos sin un microscopio, estos agrupados en conjunto establecen una macroestructura que forma vacíos llamados macroporos. Por lo general la relación de vacíos con respecto a sólidos en un suelo compuesto de partículas arcillosas es mayor que en el caso de suelos con partículas granulares.
Las partículas de arcilla pueden tener una fuerza repulsiva si presentan cargas positivas en su superficie, por lo que sus bordes cargados se alejaran (Figura 1.10b). Debido a la abundante presencia de carbonatos y algunos minerales como el sodio o cuando se agrega una solución salina, las partículas cuya capa de agua adsorbida es doble (gruesa) se repelerán con mayor magnitud. Este comportamiento de las partículas de minerales de arcilla no contribuye a que la masa de suelo tenga cohesión.
Cementación.
Los sedimentos que son depositados en un lecho con el tiempo van endureciendo hasta que se forman rocas sedimentarias, este proceso comienza inmediatamente después que el sedimento es acumulado. El agua que circula por los espacios vacíos o poros entre las partículas del sedimento acarrea materia mineral que cubre los granos y actúa como un cemento que las une. A este proceso se lo conoce con el nombre de cementación y es considerada una forma de cohesión pues une a partículas de diferentes tamaños.
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