Descriptores geotécnicos (5): plasticidad, límites de Atterberg y consistencia

Tema 2: Descriptores geotécnicos

Capítulo 5: Plasticidad, límites de Atterberg, consistencia y fluidez

Se denomina plasticidad a la propiedad que presentan algunos suelos de modificar su consistencia (o dicho de otra forma, su resistencia al corte) en función de la humedad.

Existe una correspondencia entre la plasticidad de un suelo y su cohesión. La plasticidad es una propiedad exclusiva de los suelos finos (arcillas y limos), siendo producto de las relaciones electroquímicas que se establecen entre las superficies de los elementos que forman el agregado que compone el suelo (partículas elementales de limo o arcilla). Los suelos granulares, formados exclusivamente por elementos de granulometría gruesa (arena, gravilla, grava o cantos) no presentan plasticidad.

2.5.1. Límites de Atterberg

Albert Mauritz Atterberg definió para el uso en agronomía cuatro estados en los que puede encontrarse un suelo plástico en función de su consistencia, que varía según la humedad: sólido, semisólido, plástico y líquido. Un suelo plástico seco se encuentra en estado sólido; al incrementar su humedad varía de forma gradual su consistencia hasta llegar al estado líquido. Los umbrales de humedad que separan cada uno de los estados son denominados límites de Atterberg.

atterberg

La aplicación ingenieril de los conceptos de Atterberg se debe a Arthur Casagrande, quien normalizó una metodología de laboratorio para determinar la humedad a la cual un suelo se encuentra en la frontera entre dos estados de consistencia.

Conceptualmente el límite líquido (wL) corresponde a la humedad por encima de la cual la resistencia al corte de un suelo es nula (propia de un líquido) y se determina mediante un ensayo que relaciona este umbral de humedad con un cierto número de golpes que es necesario dar a un dispositivo en forma de cuchara para que dos porciones de suelo separadas por un surco se unan en una longitud preestablecida (en el procedimiento original media pulgada; en paises que adoptan el sistema métrico se toman 12 mm); comunmente a este test se le denomina como ensayo de la cuchara de Casagrande.

 cuchara de Casagrande

Cuchara de Casagrande

image040

Desplazamiento de la muestra de suelo y cierre del surco en la cuchara de Casagrande

El límite plástico (wP) corresponde al umbral de humedad de un suelo por encima del cual el material muestra una deformación de tipo plástica en relación a las tensiones aplicadas, y empíricamente se relaciona con la humedad por debajo de la cual resulta imposible moldear un cilindro de 3 mm de diámetro (en el procedimiento original se consideraba un diámetro de una décima de pulgada.)

El apelativo coloquial de este test es el del ensayo “del churrito”, por motivos evidentes.

churritos Determinación del límite plástico

El límite de retracción (wS), denominado también “de contracción” en la literatura técnica hispanoamericana, se define como la humedad por debajo de la cual el suelo deja de presentar una disminución de volumen pareja a la disminución de la humedad (proceso de retracción); por debajo de dicho umbral se entiende que parte de los poros del suelo se encuentran ya ocupados por aire, por lo que se asume que el límite de retracción corresponde con la humedad de saturación de una arcilla (que al contrario de lo que ocurre en un suelo granular, no equivale al máximo contenido en agua que pueda presentar el suelo.)

 estados de consistencia

Cambio de volumen asociado a la variación de humedad en arcillas

Cuanto mayor sea el rango de humedad entre los diferentes límites de plasticidad, mayor cantidad de agua podrá asumir un suelo sin variar su estado de consistencia, entendiéndose por este comportamiento el concepto cualitativo de “plasticidad”; la diferencia entre el valor de humedad correspondiente al límite líquido y al límite plástico se define como “índice de plasticidad” (Ip), siendo pues “más plástico” pues un suelo cuanto mayor sea este índice.

Ip = wL – wP

La clasificación de los suelos finos según su plasticidad tiene en consideración los valores del límite líquido y del índice de plasticidad. El valor del límite líquido wL = 50 se considera como umbral que distingue los suelos de alta y media plasticidad, y el de wL = 30 distingue entre suelos de plasticidad media y baja; una clasificación más habitual y simplificada considera los suelos de plasticidad media y baja en un único grupo de suelos de baja plasticidad.

Representando la pareja de valores (wL, Ip) por un punto en un gráfico de coordenadas, situando en abscisas wL y en ordenadas Ip, es posible clasificar el suelo en uno de los grupos definidos por A. Casagrande, según muestra la siguiente figura.

casagrandegrafico

Gráfico de Casagrande

En el gráfico hay dos líneas rectas principales que separan cuatro regiones. Una línea es vertical y corresponde a wL = 50 (delimita los suelos de plasticidad alta o baja). La otra es una diagonal, la llamada línea “A”, que delimita las arcillas (por encima de la línea) y los limos (por debajo de la misma) y tiene por ecuación:

Ip = 0,73 • (wL – 20)

Las clases de suelos definidas en función del grafico de Casagrande son:

  • Arcilla inorgánica de baja plasticidad (CL).
  • Arcilla inorgánica de alta plasticidad (CH).
  • Limo inorgánico de baja plasticidad (ML).
  • Suelo con materia orgánica coloidal y baja plasticidad (OL).
  • Limo orgánico de alta plasticidad (MH).
  • Suelo con materia orgánica coloidal y alta plasticidad (OH).

2.5.2. Consistencia e índice de fluidez

Una arcilla muy seca presenta una consistencia dura, y un aspecto en forma de terrón. Esa misma arcilla muy húmeda muestra en cambio una consistencia muy blanda: resulta obvio que la consistencia de la arcilla disminuye al aumentar la humedad. Con el fin de cuantificar el grado de consistencia se emplea un índice de fluidez (IL) que da idea de la relación entre la humedad del suelo en el intervalo de plasticidad:

indicefluidez

Valores de IL negativos indican una arcilla de consistencia sólida. Si 0 < IL < 1 la arcilla presenta una consistencia plástica, mientras que para IL > 1 la arcilla muestra una consistencia líquida.

 

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25 Respuestas a Descriptores geotécnicos (5): plasticidad, límites de Atterberg y consistencia

  1. ingeniero Rafael Naranjo dijo:

    necesito cimentar en un suelo mh que pasos hay que dar tengo 23 m del mismo suelo necesito mejorar para acentar transformadores
    acepto sugerencias
    saludos

  2. marcelo césar Bustos dijo:

    excelente lo aportado, sobre plasticidad.
    me gustaría mantenerme en contacto porque soy M.M.O. y doy clases en una escuela técnica en construcciones y doy todos estos temas (esnsayos: penetracion-LL, LP, IP, granulometría- proctor).
    gracias

  3. JOSE LUPERDI dijo:

    Me podrían indicar con que equipopuedo determinar el índice de fluidez?
    Muchas gracias .

  4. Frankie dijo:

    Jose, el índice de fluidez no es un parámetro de estado en sí mismo, sino la pendiente de la curva de fluidez, que se traza en el diagrama que relaciona el parámetro empírico que se utilice para la estimación del límite líquido (número de golpes de la cuchara de Casagrande o penetración del cono) y la humedad del suelo.

    Para determinar el índice necesitarás bien la cuchara de Casagrande o el penetrómetro para la estimación del límite líquido.

    Saludos

    Joan

  5. Frankie dijo:

    también se denomina índice de fluidez (aunque lo suyo, para evitar confusiones sería llamarlo índice de liquidez) a la relación (cociente) entre la diferencia de la humedad del suelo y su límite plástico, con el índice de plasticidad.

    IL = (w – wp) / Ip

    • Frankie dijo:

      si se refiere a esta acepción, para determinar el índice de fluidez necesitará determinar la humedad del suelo (con una estufa, por ejemplo) y los límites de Atterberg (wl y wp)

  6. César Gómez dijo:

    Cordial saludo, gracias por el aporte. Tengo una duda: ¿Cómo se comporta un suelo que esté por encima del límite líquido? Gracias nuevamente.

    • frankie dijo:

      Hola César

      conceptualmente hablando, para un suelo en estado líquido deben suponerse dos premisas geotécnicas: su resistencia al esfuerzo cortante es nula, y su compresibilidad no drenada también. Ambos conceptos definen el comportamiento de un fluido.

      no obstante, en realidad, el límite líquido definido por el ensayo de Casagrande no corresponde a una resistencia al esfuerzo cortante nula, sino ligeramente más alta (teóricamente unos 2.5 kPa). Una exposición más detallada la tienes en el infalible blog de Enrique Montalar

      http://enriquemontalar.com/por-que-25-golpes-para-el-limite/

      saludos

      Joan

  7. Carlos dijo:

    Hola, lo primero felicitaros por el blog, me está viniendo muy bien para repasar la geotecnia. Me gustaría plantear una duda: no entiendo lo siguiente que comentas sobre el límite de retracción:

    “por debajo de dicho umbral se entiende que parte de los poros del suelo se encuentran ya ocupados por aire, por lo que se asume que el límite de retracción corresponde con la humedad de saturación de una arcilla (que al contrario de lo que ocurre en un suelo granular, no equivale al máximo contenido en agua que pueda presentar el suelo.)”

    ¡Gracias de antemano!

  8. frankie dijo:

    El caso es que una arcilla, como sabes, una vez llega al límite de retracción puede absorber más agua, incremtando su volumen, o sea, expandiendo, hasta llegar al límite plástico (siempre y cuando haya agua disponible, un gradiente adecuado, y un estado de tensiones que lo permita), umbral más allá del cual deja de producirse hinchamiento

    o sea, que aún estando saturada al límite de retracción, cualquier arcilla que se precie bien pueden incrementar su humedad

    saludos

  9. julio dijo:

    Hola mucho gusto, un suelo es no plastico cuando presenta granulometria bgruesa como arena grava granilla o cantos tengo esa duda..

  10. frankie dijo:

    estimado Julio, un suelo es no plástico cuando su fracción fina es no plástica (el caso extremo, un filler) o cuando sencillamente no tiene fracción fina (el caso de arenas o gravas limpias)… es decir, una mezcla de arenas y gravas con matriz arcillosa es un suelo plástico (habría que entrar en consideraciones que no vienen a cuento sobre la cantidad de matriz por debajo de la cual esto no tiene sentido… pero como digo, no viene a cuento), y por otro lado, un suelo sin arena ni grava, formado solo por partículas finas que no manifiesten plasticidad, no será un suelo plástico… en fin, no sé si me explico…

  11. Ricardo Muñoz dijo:

    Muy buen Blog, gracias amigos por ayudarme a repasar algunos conceptos básicos con esta interesante lectura.

  12. Frankie dijo:

    gracias a ti por la visita y el comentario Ricardo

    Frankie

  13. Marco A Silva R dijo:

    Buen Día, que suelo debe ser mejor para construir sobre el, el de alta plasticidad o baja plasticidad? Saludos.

    • frankie dijo:

      el que tenga mayor resistencia al esfuerzo cortante y sea menos deformable; y a igualdad de estos parámetros, mejor menos plástico

  14. Jorge dijo:

    Agradezco tus aportes, una pregunta si a un suelo fino se lo mezcla con arena (digamos 50% y 50%) cómo variarán los límites de Atterberg? el LL y el Ip de la mezcla suelo-arena cambiarian proporcionalmente?
    gracias, un saludo

    • frankie dijo:

      lo que Usted plantea es estrictamente una estabilización granulométrica, una técnica usada ya por los Romanos (e imagino que antes); si a una arcilla la mezclamos con arena, la plasticidad de la mezcla resultante será inferior a la de la arcilla estabilizada, pero la plasticidad (medida con los ensayos de Casagrande) no varía de forma proporcional o de forma estricta, puesto que como Usted sabe, la plasticidad se determina sobre la fracción del suelo que pasa por el tamiz 0.5 mm, o sea que la fracción de arena que queda retenida en este tamiz (que será la mayoritaria) no influirá en el ensayo, pero esto es una simplificación de laboratorio que hay que corregir, puesto que la plasticidad del conjunto obviamente se corregirá mucho más… deberíamos determinar, pues, la plasticidad sobre muestra total, pero esto no se hace (el método de ensayo no sería entonces comparativo); de todas formas, hay otros parámetros que sí se pueden comparar sobre muestra total, como la capacidad portante (CBR), resistencia al corte (en caja de corte directo) o la expansividad, que en definitiva es lo que interesa en estos casos.

      saludos

      f

  15. LUIS dijo:

    podrian sacarme de la duda: un suelo con un indice de plasticidad menor a 5 puede llegar a compactarse al 100%

    • frankie dijo:

      no veo ningún problema… es cosa habitual en capas granulares de firme para las que se pide un grado de compactación 100% PM según qué prescripción se consideres

  16. Anónimo dijo:

    Una Pregunta que pasaría si mi Limite de Contracción seria negativo????

  17. Georgina dijo:

    Hola!! tengo una consulta:
    Puede llegar a ocurrir que un suelo clasificado como CL no presente límite líquido ni plástico?

    Desde ya gracias, y gracias por el aporte de este blog!

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