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Los límites de Atterberg
Los límites de Atterberg son fundamentales para predecir el comportamiento ingenieril de suelos de grano fino, por lo que su uso es prácticamente obligatorio en cualquier proyecto geotécnico. Pero, ¿cuál es su relación con la plasticidad? ¿cómo se definen? ¿de qué manera ayudan a comprender el comportamiento ingenieril de los suelos? Si quieres conocer las respuestas a estos interrogantes, continúa leyendo este post…
Contenido
El agua y los suelos de grano fino
Como ya hemos mencionado en varios posts, la presencia de agua en los vacíos de suelos de grano fino, afecta significativamente su comportamiento ingenieril.
Otra característica muy importante a considerar para este tipo de suelos, es la plasticidad, la característica física que mejor define el comportamiento de suelos arcillosos. De hecho, a través de sencillas pruebas manuales, es posible distinguir entre suelos finos plásticos (es decir, arcillas) y suelos finos de baja o nula plasticidad (es decir, limos). Adicionalmente, la plasticidad es también empleada para distinguir entre diferentes tipos de arcillas, dependiendo del grado de plasticidad que posean.
Figura 1 Diferentes partículas de suelos y sus tamaños relativos. En recuadro: partículas finas (Fuente: modificado de https://www.pinterest.es/pin/553942822895820606/).
Un aspecto importante a tomar en cuenta, es que la plasticidad de una arcilla depende del contenido de humedad que posea. En este punto, los llamados Límites de Atterberg cobran especial importancia, ya que dichos límites corresponden a contenidos de humedad específicos, únicos, que sirven de referencia para estimar el comportamiento ingenieril esperado del suelo.
De acuerdo a lo anterior, además del contenido de humedad, los límites de Atterberg son los parámetros más importantes para describir los suelos de grano fino. Es por eso que los mismos son empleados en diferentes sistemas de clasificación de suelos (como el Sistema Unificado de Clasificación del Suelo y el Sistema AASTHO, que analizamos en este blog), así como en numerosas correlaciones para estimar parámetros asociados a las propiedades y al comportamiento ingenieril de este tipo de materiales.
Los límites de Atterberg
Los límites de Atterberg fueron desarrollados a principios del siglo XX por un científico sueco, llamado Albert Atterberg. Este científico, llevó adelante una extensa investigación sobre las propiedades de consistencia de suelos de grano fino remoldeados, la cual es la base de nuestra comprensión actual sobre la manera en que el agua influye en la plasticidad de este tipo de materiales.
Atterberg definió varios límites de comportamiento para suelos de grano fino, y desarrolló pruebas manuales para definirlos. En la Figura 2 vemos los más comúnmente empleados en la práctica.
Figura 2 Límites de Atterberg. En la figura SL = límite de contracción; PL = límite plástico; LL = límite líquido (Fuente: modificado de https://www.slideshare.net/1mirfan/geotechnical-engineeringi-lec-9-atterberg-limits).
Durante sus experimentos, Atterberg dedujo que al menos dos parámetros son requeridos para definir la plasticidad de las arcillas: los límites de plasticidad superior e inferior. Al mismo tiempo, definió el índice de plasticidad (IP), parámetro que representa el rango de contenido de humedad en el cual el suelo tiene un comportamiento plástico, y sugirió por primera vez que el IP podría ser empleado para clasificar los suelos.
Uno de los principales problemas prácticos relacionados con los límites propuestos por Atterberg, estaba asociado al hecho de que los mismos eran arbitrarios, y las pruebas para determinarlos no eran fácilmente reproducibles en cualquier laboratorio.
En vistas de lo anterior, en la década de 1920, Terzaghi y Casagrande, trabajando para el U.S. Bureau of Public Roads, estandarizaron los límites de Atterberg, de manera que puedan ser empleados para clasificar los suelos.
Actualmente, en la Ingeniería Geotécnica práctica empleamos de manera rutinaria el límite líquido (LL) y el límite plástico (LP), no solo para clasificar suelos de grano fino (y la porción fina de los suelos gruesos), sino para estimar numerosos parámetros a partir de correlaciones. Asimismo, cuando se sospecha la presencia de suelos susceptibles de expandir, se emplea el límite de contracción (LC), parámetro que ofrece una estimación preliminar del potencial expansivo de este tipo de suelos.
Los límites de Atterberg y el comportamiento ingenieril de los suelos
Puesto que los límites de Atterberg son contenidos de humedad específicos, en los cuales el comportamiento del suelo cambia, es posible graficar estos límites en función del contenido de humedad, como se muestra en la Figura 3. En la misma figura se muestra la respuesta general esfuerzo-deformación que corresponde a los estados derivados de la variación del contenido de humedad de una muestra de suelo de grano fino, y de su proximidad a los límites de consistencia.
Figura 3 Límites de Atterberg y la respuesta esfuerzo-deformación correspondiente a cada estado de consistencia (Fuente: disponible en https://link.springer.com/article/10.1007/s10064-019-01668-y).
De la figura anterior, es evidente que el suelo aumenta su rigidez a medida que disminuye el contenido de humedad, lo cual es particularmente visible para muestras con humedades inferiores al límite de contracción.
Para el caso del rango de comportamiento plástico del suelo (entre el LP y el LL), el mismo puede presentar una respuesta variable, dependiendo de si el contenido de humedad natural se encuentra más cercano al LP (mayor rigidez) o al LL (menor rigidez, alta compresibilidad).
En el caso de contenidos de humedad superiores al LL, el suelo es prácticamente un líquido viscoso, y por ende carece de rigidez a los efectos prácticos.
Teniendo esto en mente, es posible estimar (y, mejor aún, comprender) el comportamiento esperado de una muestra de suelo que se esté analizando, conociendo simplemente su contenido de humedad natural in situ y sus límites de consistencia. Algo invaluable para “agarrarle el gustico” al suelo en cuanto a su comportamiento ingenieril en cualquier proyecto.
Con esto cerramos este post. Ya tenemos un “abreboca” sobre los límites de Atterberg. En próximas publicaciones, estaremos revisando con más detalle cada uno de estos límites, la manera de determinarlos, y su empleo en la Ingeniería Geotécnica práctica.
Referencias
- Boiero, A. (2019) “Caracterización Geotécnica de Suelos”. Jornadas Especiales de Geotecnia 2019. Facultad de Ingeniería: Centro de Investigación y Desarrollo de la Ingeniería, UCAB. Caracas, Venezuela.
- Holtz, R.; Kovacs, W. & Sheahan, T. (2011) “An Introduction to Geotechnical Engineering”. Second Edition. Prentice Hall. New Jersey, USA.
