Teoría: Límites de Atterberg
Qué son los límites líquido, plástico y de contracción, cómo se obtienen con la cuchara de Casagrande, enrollando el suelo hasta 3 mm y secando una pastilla, y qué dicen del suelo los índices de plasticidad, consistencia y liquidez.
Límites de Atterberg
Un suelo fino cambia de comportamiento con su humedad: muy seco, es sólido y frágil; con más agua, se vuelve plástico y puede moldearse; con más aún, fluye como un líquido viscoso. Atterberg propuso en 1911 las humedades entre estos estados, y Casagrande normalizó los ensayos en la década de 1930.
El límite líquido (LL) separa los estados plástico y líquido; el límite plástico (LP), el semisólido y el plástico; el límite de contracción (LC), el sólido y el semisólido. Todos se determinan con el suelo que pasa el tamiz de 425 µm (N.º 40).
Límite líquido
El suelo, mezclado con agua hasta formar una pasta uniforme, se extiende en la cuchara del aparato de Casagrande. Se abre una ranura con el ranurador estándar, y la cuchara se deja caer 10 mm sobre la base, dos veces por segundo, hasta que la ranura se cierra en unos 13 mm (½ in). Se anota el número de golpes y se mide la humedad del suelo junto a la ranura. Se repite con humedades distintas para que los golpes se repartan entre 15 y 35.
Graficados como humedad frente al logaritmo del número de golpes, los ensayos caen cerca de una recta, la recta de fluidez. El límite líquido es, por definición, su humedad a 25 golpes.
El método B de ASTM D4318 también estima el límite con un único ensayo entre 20 y 30 golpes, como LL = w (N / 25)^0,121. El método A, la recta multipunto, es el método de referencia y el que usa esta página.
Límite plástico
Una porción húmeda del suelo se enrolla con la palma de la mano sobre una placa de vidrio esmerilado hasta formar un rollito. Cuando el rollito se desmorona al alcanzar 3,2 mm (⅛ in) de diámetro, la humedad de los fragmentos es una determinación. Si alcanza ese diámetro entero, se amasa y se vuelve a enrollar, secándose hasta que se desmorone.
ASTM D4318 promedia dos determinaciones. ABNT NBR 7180 enrolla hasta 3 mm, pide al menos tres determinaciones y las acepta cuando ninguna se aparta de la media más de 5% de ella.
Límite de contracción
Al secarse, un suelo pierde volumen junto con el agua hasta el límite de contracción; por debajo de él, el aire entra en los vacíos y el volumen apenas cambia. El ensayo moldea una pastilla de suelo húmedo en una cápsula de volumen conocido, la seca al horno y mide el volumen de la pastilla seca — ASTM D4943 recubriéndola con cera y pesándola sumergida, lo que sustituyó el desplazamiento de mercurio de la retirada D427.
El índice de contracción, LP − LC, es el rango de humedades del estado semisólido. Un LC bajo con un gran cambio de volumen indica un suelo expansivo.
Casagrande observó que las líneas A y U de la carta de plasticidad, prolongadas, se cruzan cerca de (LL, IP) = (−43,5, −46,4), y que la recta desde allí por el punto del suelo corta el eje del LL cerca de su límite de contracción. Es solo una estimación, que esta página muestra cuando no hay pastilla:
Índices
Cuando alguno de los límites no puede determinarse, o cuando LP ≥ LL, el suelo se informa como no plástico (NP).
El índice de liquidez sitúa la humedad natural entre los límites: 0 en el límite plástico y 1 en el límite líquido. Una arcilla con un índice de liquidez mayor que 1 puede convertirse en un líquido viscoso al remoldearse. La relación IP / IF, el índice de tenacidad, crece con la resistencia del suelo en el límite plástico.
Plasticidad y consistencia
| Plasticidad (Burmister) | IP (%) |
|---|---|
| No plástico | 0 |
| Ligeramente plástico | 1 a 5 |
| Plasticidad baja | 5 a 10 |
| Plasticidad media | 10 a 20 |
| Plasticidad alta | 20 a 40 |
| Plasticidad muy alta | más de 40 |
| Consistencia | IC |
|---|---|
| Muy blanda | menos de 0 |
| Blanda | 0 a 0,50 |
| Media | 0,50 a 0,75 |
| Firme | 0,75 a 1,00 |
| Dura | más de 1,00 |
Carta de plasticidad
En la carta de Casagrande, IP frente a LL, la línea A (IP = 0,73 (LL − 20)) separa las arcillas, arriba, de los limos y suelos orgánicos, abajo, y LL = 50% separa la plasticidad baja de la alta. Ningún suelo conocido queda por encima de la línea U (IP = 0,9 (LL − 8)): un punto allí indica un error en los datos. La región del suelo da el símbolo de los suelos finos en el SUCS.
Limitaciones
- Los resultados dependen del aparato (dureza de la base, altura de caída, desgaste del ranurador), de la presión de la mano y del operador; son habituales diferencias de unos pocos puntos entre laboratorios.
- Fuera de 15 a 35 golpes la recta deja de ser fiable, y extrapolar a 25 golpes no es seguro.
- Los suelos arenosos o limosos pueden deslizarse en la cuchara o no formar rollito; un suelo así es no plástico.
- Secar el suelo antes del ensayo puede reducir los límites de los suelos orgánicos y de algunos suelos tropicales.
- Los rangos de consistencia según el IC se aplican a arcillas, no a suelos cementados o sensitivos.
Referencias
- ASTM. D4318: Standard Test Methods for Liquid Limit, Plastic Limit, and Plasticity Index of Soils. West Conshohocken, 2017.
- ASTM. D4943: Standard Test Method for Shrinkage Factors of Cohesive Soils by the Water Submersion Method. West Conshohocken, 2018.
- Burmister, D. M. Principles and techniques of soil identification. Proceedings, Highway Research Board, v. 29, 1949.
- Casagrande, A. Research on the Atterberg limits of soils. Public Roads, v. 13, n. 8, 1932.
- Holtz, R. D.; Kovacs, W. D. An Introduction to Geotechnical Engineering. Englewood Cliffs: Prentice-Hall, 1981.
- Das, B. M.; Sobhan, K. Principles of Geotechnical Engineering. 9.ª ed. Boston: Cengage, 2018.