Un suelo que posea algo de cohesión, según su naturaleza y la cantidad de agua que tenga, puede presentar propiedades que lo incluyan en el estado sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso. Los límites de Atterberg marcan una separación arbitraria, pero suficiente en la práctica, entre estos cuatro estados:

Los límites de Atterberg son, en la actualidad, una de las determinaciones que con más profusión se practican en los laboratorios de Mecánica del Suelo. Su utilidad deriva de que, gracias a la experiencia acumulada en muchos miles de determinaciones, es suficiente conocer sus valores para poder dar una idea del tipo de suelo y sus propiedades. Pertenecen, con el análisis granulométrico, al tipo de ensayos de identificación. Pero si el análisis granulométrico permite conocer la magnitud cuantitativa de la fracción fina, los límites de Atterberg indican su calidad, completando así el conocimiento del suelo.

El límite líquido se designa con el símbolo wL, el límite plástico con wP, y el de retracción con wS.

Se comienza por amasar, con agua destilada, unos 100 g de suelo seco que pasen por el tamiz número 40 de la ASTM; el operador trata de añadir la cantidad de agua necesaria para acercarse lo más posible al límite líquido. La masa se coloca con una espátula en la cuchara de Casagrande, de modo que ocupe sólo la parte inferior de ella. Se abre un surco con un acanalador y se comienza a dar vueltas a la manivela, a razón de dos por segundo, con lo cual, por medio de una excéntrica, se levanta la cuchara y se deja caer desde una altura de un centímetro. Se prosigue hasta que las paredes del surco se unan por su fondo en una longitud de unos 12 mm. Si esto ocurre después de dar exactamente 25 vueltas a la manivela, el suelo tiene el contenido de humedad correspondiente al límite líquido.

Sin embargo, lo normal será que la cantidad de agua no sea precisamente la del límite líquido y, por lo tanto, el surco no se cerrará a los 25 golpes, sino antes o después de ellos. Si el número de golpes está comprendido entre 10 y 40, se toma una muestra del suelo de la parte en que se han juntado los bordes, y se determina su humedad.

A continuación se repite el ensayo añadiendo más agua, o extendiendo la pasta para que se seque o amasando, con vistas a obtener otro punto al lado opuesto de los 25 golpes del primero.

Los resultados de estos dos ensayos se dibujan en una doble escala logarítmica en la que figure en abscisas el número de golpes y en ordenadas la humedad. Para determinar el límite líquido se traza una recta de pendiente 0.117 que equidiste de los dos puntos anteriores. La humedad del punto de corte de esta recta con la ordenada correspondiente a los 25 golpes nos dará el límite líquido.

El límite líquido marca el punto a partir del cual un suelo deja de tener resistencia.

El ensayo se realiza con la fracción de suelo que pasa por el tamiz número 40, con un contenido de humedad algo superior al límite plástico. Con esta humedad será posible formar fácilmente una bola con el suelo sin que se resquebraje.

A continuación se toman unos 8 g de este suelo, se forma con él una especie de elipsoide, y se rueda entre la palma de la mano y una superficie lisa que absorba mucha humedad, hasta llegar a un diámetro de 3 mm. Si al llegar a este diámetro no se ha cuarteado el cilindro de modo que quede dividido en trozos de unos 6 mm de longitud como media se vuelve a formar el elipsoide, y a rodar a este tipo de resquebrajamiento.

Este procedimiento se continúa hasta reunir unos 10 g de suelo, se coloca en un pesafiltros tratado y se determina su humedad. El proceso se repite otra vez, y si la diferencia no es grande se halla la media y se da este valor como resultado.

El límite plástico indica el punto a partir del cual un suelo con cohesión empieza a perder esa cohesión por la falta de humedad.

Al irse desecando una muestra de suelo se va comprimiendo, reduciéndose su volumen por la acción de las fuerzas capilares que van aumentando al disminuir la tensión de los poros y expulsar el agua. Este fenómeno es muy visible en el barro arcilloso seco, que queda cuarteado con grietas profundas. Si el proceso continúa, llega un momento en que las fuerzas capilares se ven contrarrestadas por la reacción del suelo; la desecación prosigue, pero no habrá reducción de volumen. Al contenido de humedad en este momento se le llama límite de retracción.

Para determinarlo se realiza un ensayo que consiste en amasar una pequeña cantidad de suelo con una proporción de agua igual o ligeramente superior al límite líquido, y se rellena un molde con la pasta sí formada. Se introduce el molde en una estufa hasta que el suelo se deseque por completo. A continuación se procede a hallar primeramente la densidad de la pastilla, por el método del mercurio, y en segundo lugar el peso específico de las partículas, con el picnómetro. El límite de retracción valdrá:

El índice de plasticidad, IP, es la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico. Cuanto mayor es el índice de plasticidad de un suelo menor es su permeabilidad. A las arenas limpias se les atribuye un índice de plasticidad nulo, aunque en realidad su valor no se puede determinar con exactitud.

El gráfico de Casagrande permite tener un juicio sobre e tipo a que pertenece la fracción fina de un suelo. Para ello, el gráfico representa en abscisas el límite líquido y en ordenadas el índice de plasticidad.

Este gráfico está dividido en cuatro partes por una recta vertical, correspondiente a un límite líquido de 50, y por una recta inclinada definida por la ecuación:

IP = 0.73 · (wL -20)

La primera inicial está referida al tipo de suelo y la segunda al valor del límite líquido. Así pues, C indica suelos arcillosos, M indica suelos limosos, O indica suelos con materia orgánica, H indica un límite líquido por encima de 50, y L indica un límite líquido por debajo de 50.

Se define el índice de fluidez como:

De acuerdo a esta definición, un índice de fluidez de 0 corresponde a la humedad del límite plástico, y de 1 a la del límite líquido.

La composición química de las arcillas es muy variable. Desde el punto de vista químico los minerales arcillosos son silicatos de aluminio, hierro, magnesio, etc. Los principales minerales arcillosos son:

• Caolín. Mineral muy activo y plástico. Posee cationes que le permiten incrementar o disminuir su actividad.

• Montmorillonita. Mineral menos activo y plástico que el caolín. Posee cationes que le permiten incrementar o disminuir su actividad.

• Illita. Mineral muy abundante en la arcilla.

Tema 4: LÍMITES DE ATTERBERG

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MECÁNICA DEL SUELO