LA

PLASTICIDAD DE LOS SUELOS

 Es la propiedad que presentan los suelos de poder deformarse hasta

cierto límite, sin romperse al aplicar una fuerza. Por medio de ella puede
medirse el comportamiento de los suelos en todas las épocas. Es una
característica física de los suelos finos (arcillas o limos) Es característica
no permanente, sino circunstancial, según el contenido de humedad. Para
conocer la plasticidad de un suelo se hace uso de los Límites
de Atterberg.

Significado Físico de la Plasticidad de un Suelo

La plasticidad es atribuible al contenido de partículas escamosas de tamaño

coloidal presentes en los suelos. Las partículas escamosas además son
responsables de la alta compresibilidad y la baja permeabilidad de los suelos.
En relación con la plasticidad de los suelos, durante un proceso de
deformación, el volumen de una arcilla permanece constante. Por el contrario el
volumen de una arena cambia continuamente durante el mismo. Si se intenta
deformar una masa de arena húmeda rápidamente, esta se desagrega (la
arena es friable). En virtud de esto, puede definirse la plasticidad como la
propiedad de un material que permite resistir deformaciones rápidas, sin
cambiar de volumen y sin agrietarse ni desagregarse.

La plasticidad de un suelo es controlada por el contenido de minerales

arcillosos: el tipo de mineral y la cantidad presente.

En mecánica de suelos se define la plasticidad como la propiedad de un

material por la cual es capaz de soportar deformaciones rápidas, sin rebote
elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni agrietarse.

PLASTICIDAD EN LOS SUELOS

La plasticidad es la propiedad que expresa la magnitud de las fuerzas de las

películas de agua dentro del suelo ya que éstas permiten que el suelo sea
moldeado sin romperse hasta un determinado punto. Es el efecto resultante de
una presión y una deformación.

La presión que se requiere para producir una deformación específica es un

índice de la magnitud de las fuerzas de cohesión que mantienen las partículas
juntas. Estas fuerzas varían con el espesor de las películas de agua entre
partículas. Puesto que la deformación total que puede ser producida varía con
el tamaño y forma de las partículas

El fenómeno de plasticidad en los suelos puede explicarse de la siguiente

manera: Las partículas coloidales en un suelo a bajos contenidos de humedad
están probablemente desordenadas.

Figura 1. Teoría de la Película de Agua.

Las partículas de un suelo se recubren por una película de agua adsorbida,

cuando el porcentaje de humedad en el sistema aumenta

La fuerza de adhesión del agua sobre la superficie de la partícula varía con el

tipo de coloide.

AGUA EN EL SUELO
Cuando el contenido de humedad es suficiente para alcanzar el límite inferior
de plasticidad, las partículas se orientan cuando se les aplica una presión La
tensión de estas películas de agua adsorbidas mantiene juntas las partículas
adyacentes.

Cuando la presión se incrementa por encima de la tensión de estas películas

que mantienen unidas las partículas, éstas se deslizan unas sobre otras.
Después que la presión cesa, las partículas no retoman su posición original
porque están unidas en sus nuevas posiciones por la tensión de las películas
húmedas

LIMITES DE ATTERBERG

Los límites de Atterberg o límites de consistencia se utilizan para caracterizar el

comportamiento de los suelos finos, aunque su comportamiento varía a lo largo
del tiempo. El nombre de estos es debido al científico sueco
Albert Mauritz Atterberg (1846-1916).
Los límites se basan en el concepto de que en un suelo de grano fino solo
pueden existir cuatro estados de consistencia según su humedad. Así, un suelo
se encuentra en estado sólido, cuando está seco. Al agregársele agua poco a
poco va pasando sucesivamente a los estados de semisólido, plástico, y
finalmente líquido. Los contenidos de humedad en los puntos de transición de
un estado al otro son los denominados límites de Atterberg.
Los ensayos se realizan en el laboratorio y miden la cohesión del terreno y su
contenido de humedad, para ello se forman pequeños cilindros de espesor con
el suelo. Siguiendo estos procedimientos se definen tres límites:

 Límite líquido (LL)

Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia, al disminuir su
humedad, de la consistencia líquida a la plástica, o, al aumentar su humedad, de la
consistencia plástica a la líquida.
 Límite plástico (LP)
Porcentaje de contenido de humedad con que un suelo cambia al disminuir su
humedad de la consistencia plástica a la semisólida, o, al aumentar su humedad,
de la consistencia semisólida a la plástica.
Los límites líquido y plástico dependen de la cantidad y el tipo de arcilla
presentes en el suelo:
 Un suelo con un alto contenido de arcilla generalmente posee altos LL y
LP;
 Las arcillas coloidales poseen un LL y un LP superiores a los de las
arcillas no coloidales;
 La arena, la grava y la turba no tienen plasticidad. su LP = 0;
 Los limos presentan plasticidad sólo ocasionalmente, su LP es igual o
ligeramente superior a 0.

Ejemplos

Análisis típicos de laboratorio en que se muestra el LL, LP y el IP

medios

I
Tipo de suelo LL PL P
1

Arenas 20 0 0
Limos 27 20 7
5
Arcillas 100 45
5
Arcillas coloidale
399 46
s
  Límite de retracción o contracción
Cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se
contrae al perder humedad.
Relacionados con estos límites, se definen los siguientes índices:

 INDICE DE PLASTICIDAD (Ip)

El Índice de plasticidad se define como la diferencia numérica entre el Limite

Liquido y el Limite Plástico: 

                                        

Un Índice de plasticidad bajo, como por ejemplo del 5%, significa que un
pequeño incremento en el con tenido de humedad del suelo, lo transforma de
semisólido a la condición de líquido, es decir resulta muy sensible a los
cambios de humedad. Por el contrario, un índice de plasticidad alto, como por
ejemplo del 20%, indica que para que un suelo pase del estado semisólido al
líquido, se le debe agregar gran cantidad de agua.

En suelos no plásticos, no es posible determinar el Índice de plasticidad. El día

grama de plasticidad indicada en la figura 1.7, según los Límites de Atterberg,
permite diferenciar - el índice de plasticidad de limos y arcillas, en función del
Limite Liquido LI. y del contenido normal de humedad WN. 
 Diagrama de Plasticidad según los Límites de Atterberg

 El Índice de plasticidad define el campo plástico de un suelo y

representa el porcentaje de humedad que deben tener las arcillas para
conservarse en estado plástico. Este valor permite determinar los
parámetros de asentamiento de un suelo y su expansión potencial.

 INDICE DE FLUIDEZ (IL)

El índice de fluidez, también conocido como índice líquido, define la
consistencia de un suelo.

                                                      

La Tabla 1.7 indica la relación existente entre el índice de fluidez y la

consistencia de un suelo, así como su comportamiento al ser manipulado.

En esta Tabla, la consistencia del suelo arcilloso varía desde dura, hasta fluida,
dependiendo del contenido de humedad. Cuando el índice liquido es muy
reducido, se incrementa la consistencia y se hace difícil la penetración del
suelo por medio de instrumentos.

Cuando IL <= 0, significa que WN <= LP. Por el contrario, cuando el contenido
de humedad aumenta mucho, e IL < 1 las arcillas comportan como un líquido
viscoso.

Este tipo de suelo no es apto para soportar fundaciones directas, pues son
propensos a la licuefacción por efecto de un impacto, como por ejemplo
durante la hinca de pilotes, en explosiones, bajo la acción dinámica de
maquinaria pesada, o cuando ocurre un movimiento sísmico. En todos los
casos, los daños son devastadores e irrecuperables provocando el colapso de
las construcciones que sobre ellos apoyan. Ver la Sección 2.8 para mayor
información sobre este tema. 

 INDICE DE RETRACCION (IR)

El índice de retracción 1 es el cambio de volumen, expresado en

porcentaje del volumen de la muestra secada en horno, dividid por la
pérdida de humedad en el límite de retracción, y expresada en
porcentaje de la muestra seca. 

                            
                            
                                                            

El índice de retracción representa el peso específico aparente de la muestra de

suelo seco, al alcanzar el límite de retracción. En los suelos expansivos, sin
embargo, se puede producir un incremento del volumen al reducir el contenido
de humedad a partir del límite de retracción, por la presencia de aire en los
poros.
 CONSISTENCIA DEL SUELO

1.- Definición de la consistencia del suelo

La consistencia del suelo es la firmeza con que se unen los materiales que lo
componen o la resistencia de los suelos a la deformación y la ruptura. La
consistencia del suelo se mide por muestras de suelo mojado, húmedo y seco.
En los suelos mojados, se expresa como adhesividad y plasticidad, tal como
se define infra. La consistencia del suelo puede estimarse en el campo
mediante ensayos sencillos, o medirse con mayor exactitud en el laboratorio.

2.- Determinación de la consistencia del suelo mojado

La prueba se realiza cuando el suelo está saturado de agua, como por ejemplo,
inmediatamente después de una abundante lluvia. En primer lugar, determine
la adhesividad, que es la cualidad que tienen los materiales del suelo de
adherirse a otros objetos. Después, determine la plasticidad, que es la
cualidad por la cual el material edáfico cambia continuamente de forma, pero
no de volumen, bajo la acción de una presión constante, y mantiene dicha
forma al desaparecer la presión.
Ensayo de campo para determinar la adhesividad del suelo mojado
Presione una pequeña cantidad de suelo mojado entre el pulgar y el índice
para comprobar si se adhiere a los dedos. Después, separe los dedos
lentamente. Califique la adhesividad de la manera siguiente:
No adherente, si el suelo no se adhiere o 1 Ligeramente adherente, si el
prácticamente no queda material adherido suelo comienza a adherirse a
a los dedos; ambos dedos, pero al separarlos
uno de ellos queda limpio y no se
aprecia estiramiento cuando los
  dedos comienzan a separarse;
 

     
2 Adherente, si el suelo se adhiere a  3 Muy adherente, si el suelo se
ambos dedos y tiende a estirarse un poco adhiere fuertemente a ambos
y a partirse y a no separarse de los dedos dedos, y cuando ambos se
separan se observa un
 estiramiento del material.

Ensayo de campo para

determinar la plasticidad
del suelo mojado
Amase una pequeña
cantidad de suelo mojado
entre las palmas de las
manos hasta formar una tira
larga y redonda parecida a
un cordón de unos 3 mm de
espesor. Califique la
plasticidad de la manera
siguiente:
     
No plástico, si no se puede 
formar un cordón;
   
 

1 Ligeramente plástico, si 

se puede formar un cordón,
pero se
rompe fácilmente y vuelve a
su estado anterior;

2 Plástico, si se puede 
formar un cordón, pero al
romperse y volver a su
estado anterior, no se puede
formar nuevamente;
   
 
3 Muy plástico, si se puede 
formar un cordón que no se
rompe fácilmente y cuando
se rompe, se puede amasar
entre las manos y volver a
formarlo varias

3.- Determinación de la   Consistencia del suelo húmedo

Ensayo de campo para  
determinar la consistencia del
suelo húmedo
El ensayo se realiza cuando el
suelo está húmedo pero no
mojado, como, por ejemplo, 24
horas después de una
abundante lluvia.
Trate de desmenuzar una
pequeña cantidad de suelo
húmedo, presionándolo entre el
pulgar y el índice o apretándolo
en la palma de la mano.
Califique la consistencia del
suelo húmedo de la manera
siguiente:
     
Suelto, si el suelo no tiene   1 Muy friable, si el suelo se desmenuza
coherencia (estructura de grano fácilmente bajo muy ligera presión, pero se
suelto); une cuando se le comprime nuevamente;

     
2 Friable, si el suelo se  3 Firme ,si el suelo se desmenuza bajo
desmenuza fácilmente bajo una una presión moderada, pero se nota
presión de ligera a moderada; resistencia;

     
4 Muy firme , si el suelo se  5 Extremadamente firme, si el suelo se
desmenuza bajo fuerte presión, desmenuza solamente bajo una presión
pero apenas es desmenuzable muy fuerte, no se puede desmenuzar entre
entre el pulgar y el índice; el pulgar y el índice, y se debe romper
pedazo a pedazo.

Determinación de la   Consistencia del suelo seco

Ensayo de campo para determinar  
la consistencia del suelo seco
El ensayo se realiza cuando el suelo
se ha secado al aire.
Trate de romper una pequeña
cantidad de suelo seco,
presionándola entre el pulgar y el
índice o apretándola en la palma de
la mano. Califique la consistencia del
suelo seco de la manera siguiente:
     
Suelto, si el suelo no tiene  1 Blando, si el suelo tiene débil
coherencia (estructura de grano coherencia y friabilidad, se deshace
suelto); en polvo o granos sueltos bajo muy
ligera presión;

     
2 Ligeramente duro, si el suelo  3 Duro, si el suelo resiste una
resiste una presión ligera, pero se presión moderada, apenas se puede
puede romper fácilmente entre el romper entre el pulgar y el índice,
pulgar y el índice; pero se puede romper en las manos
sin dificultad;

     
4 Muy duro, si el suelo resiste una  5 Extremadamente duro, si el suelo
gran presión, no se puede romper resiste una presión extrema y no se
entre el pulgar y el índice, pero se puede romper en las manos.
puede romper en las manos con
dificultad;
 Determinación de la consistencia del suelo.
Utilizando los límites de Atterberg
Como hemos visto en los distintos ensayos para suelos mojado, húmedo y
seco en las Secciones 8.1 a 8.3, la consistencia de una muestra de suelo
cambia según la cantidad de agua presente. Estos cambios en la consistencia
del suelo se pueden medir con exactitud en el laboratorio, utilizando las nomás
preestablecidas que determinan los Límites de Atterberg. Estos límites se
pueden utilizar para juzgar la aptitud del suelo para la construcción de diques
de estanque y pequeñas presas de tierra. Para la mejor comprensión del
diseño y la construcción de los estanques piscícolas, y su análisis con los
técnicos especializados, debe familiarizarse con la terminología relacionada
con este proceso, así como con su importancia general.
Un límite de Atterberg corresponde al contenido de humedad con que una
muestra de suelo cambia de una consistencia a otra. Dos de los límites de
Atterberg resultan de especial interés para la acuicultura, el límite líquido y el
límite plástico, cuya definición se basa en tres consistencias del suelo:

 Consistencia líquida - barro fluido o líquido.


 Consistencia plástica - se puede amasar y
moldear;
 Consistencia semisólida - ya no se puede
moldear y el volumen disminuye (contracción) a
medida que se seca la muestra.

  Límites de Atterberg consistencia del suelo

 CONTENIDO DE ARCILLA

Como la plasticidad es función de las fracciones más finas del suelo, los
distintos suelos tendrán diferente plasticidad de acuerdo con la cantidad de
arcilla que contengan. Atterberg observó que un incremento en el porcentaje de
arcilla produce un aumento en ambos límites de plasticidad en la escala de
humedad y consecuente aumento en el número de plasticidad.

En la figura, se observa que el contenido de humedad en el límite inferior de

plasticidad se vuelve ligeramente menor en la medida que el contenido de
arcilla decrece.

Hay un notorio efecto al decrecer el contenido de arcilla y es el que se

manifiesta en la rápida disminución del límite superior de plasticidad y la
consiguiente disminución del número de plasticidad. Se necesita un mayor
contenido de humedad para obtener plasticidad en un suelo con alto contenido
de arcilla que en otro con menos contenido de arcilla.
 Figura Factores que afectan a los límites de Atterberg:

a) Efecto del tamaño de las partículas (según White, 1949);

b) efecto del contenido de arcilla;

c) efecto de la materia orgánica.

Esta relación es expresada por: NP = 0.6C - 12, donde: NP: Número de

plasticidad y C: Porcentaje de contenido de arcilla. Suelos que contengan
menos del 20% de partículas menores de 5 μ, generalmente no muestran
plasticidad. Esta relación es expresada por: NP = 0.6C - 12, donde: NP:
Número de plasticidad y C: Porcentaje de contenido de arcilla. Suelos que
contengan menos del 20% de partículas menores de 5 μ, generalmente no
muestran plasticidad.

Se han encontrado resultados similares en suelos sintéticos trabajando con

partículas menores de 1 μ: NP = 0.66C - 10. En este caso, suelos con menos
del 15 % de arcilla no desarrollan plasticidad. Cualquier cambio marcado en la
forma de las partículas, afecta estas relaciones.
 PROPIEDADES DE LA ARCILLA
 Plasticidad:
Mediante la adición de una cierta cantidad de agua, la arcilla puede adquirir la
forma que uno desee. Esto puede ser debido a la figura del grano (cuanto más
pequeña y aplanada), la atracción química entre las partículas, la materia
carbonosa así como una cantidad adecuada de materia orgánica.
 Merma:
Debido a la evaporación del agua contenida en la pasta se produce un
encogimiento o merma durante el secado.
 Refractariedad:
Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de
temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una
temperatura de cocción.

 Porosidad:
El grado de porosidad varía según el tipo de arcilla. Esta depende de la
consistencia más o menos compacta que adopta el cuerpo cerámico después
de la cocción. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un índice más
elevado de absorción puesto que son más porosas.
 Color:
Las arcillas presentan coloraciones diversas después de la cocción debido a la
presencia en ellas de óxido de hierro, carbonato cálcico.

Sensibilidad de las arcillas

Para muchos depósitos naturales de suelo arcilloso, el esfuerzo de compresión

inconfinada se reduce grandemente cuando el suelo a ensayar es re moldeado
aunque no se presente un cambio en el contenido de humedad del suelo, como
muestra la Figura 6.66. Esta propiedad del suelo arcilloso es conocida como
sensibilidad. El grado de sensibilidad se expresa como el cociente del esfuerzo
de compresión inconfinada en un estado inalterado y re moldeado, que será:
Para la mayoría de las arcillas la sensibilidad generalmente varía entre 1 a 8,
basándose en esto las arcillas pueden clasificarse según muestra la Tabla 6.8.

Figura 6.69. Compresión inconfinda en arcilla inalterada y re moldeada

(Das, 1998).

Tabla 6.8. Sensibilidad de la arcilla. (Das, 1997)

MINERALES DE ARCILLA

Son producto principalmente de la meteorización química y descomposición de

feldespatos como ortoclasa y plagioclasas, y algunas micas. Son de tamaño
reducido y forma aplanada.

La clave de alguna de las propiedades de los suelos arcillosos, tales como

plasticidad, compresibilidad y el potencial de expansión/contracción, se centra
en la estructura de los minerales arcillosos.

Hay tres grupos principales de minerales arcillosos:

 Caolinitas:
 (incluyen caolinita, dickita y nacrita) formada por la descomposición de la
ortoclasa feldespática (e.g. en el granito); el caolin es el principal constituyente
de la Arcilla de China y la Arcilla de Ball.

 Ilitas:

(Incluyen ilita y glauconita) son los minerales de arcilla más comunes; formados
por la descomposición de algunas micas y feldespatos; predominantes en
arcillas marinas y shales (e.g. Arcilla de Londres, Arcillas de Oxford).

 Montmorillonitas :

(También llamadas esmectitas) (Incluyen momtmorillonitas cálcica y sódica,

bentonita y vermiculita) formadas por la alteración de rocas ígneas básicas que
contienen silicatos ricos en Ca y Mg; los débiles enlaces de los cationes,

(e.g. Na+, Ca++) resultan in elevado potencial de expansión/contracción.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL COLOIDE

Las propiedades físico-químicas de la arcilla varían con la relación

sílice/sesquióxidos. La capacidad de adsorción de la superficie coloidal para los
cationes y las moléculas de agua decrece cuando la relación se vuelve menor.
El mismo efecto se manifiesta en las constantes de Atterberg.

Los suelos con baja relación sílice/sesquióxidos se vuelven plásticos con un

contenido de humedad menor que los suelos con relación sílice/sesquióxidos
más altas. Ambos límites, para relaciones altas o bajas, aumentan o
disminuyen en la misma proporción, y se deduce entonces que el número de
plasticidad será aproximadamente el mismo o no sufrirá variación para dichas
relaciones.

Desde que el agua adsorbida y la cantidad de humedad requerida para

producir un film es menor en suelos de baja relación sílice/sesquióxidos, es
evidente que el límite inferior de plasticidad será menor para estos suelos.

CONTENIDO DE MATERIA ORGÁNICA

La materia orgánica ejerce un efecto interesante sobre la plasticidad del suelo.

Medidas de las constantes de plasticidad de diferentes suelos, usualmente
muestran que los límites de plasticidad en los horizontes superficiales son más
altos en la escala de humedad que los de los horizontes inferiores. Este efecto
está aparentemente asociado con la presencia de materia orgánica en el
horizonte superficial. La oxidación de la materia orgánica con el agua causa un
descenso de ambos límites (es decir se vuelve plástico con menos agua).
El suelo con un contenido de materia orgánica de 3,5%, se vuelve plástico a
una humedad de 36.5%. La remoción de la materia orgánica baja este límite a
19.8% de humedad. Además, el suelo oxidado fluye a 25.1% de humedad,
mientras que el suelo con materia orgánica es aún friable hasta un contenido
de 36.5% de humedad. El número de plasticidad no ha sido cambiado por la
oxidación de la materia orgánica. La oxidación natural de la materia orgánica
en el campo produce efectos similares a la oxidación artificial en laboratorio.

La presencia de materia orgánica extiende la zona de friabilidad hasta un

mayor contenido de humedad.

PEGAJOSIDAD Y PLASTICIDAD DE SUELOS ARCILLOSOS

La plasticidad es la capacidad de un material de experimentar deformaciones

irreversibles sin romperse y se presenta en la mayor parte de suelos arcillosos
con humedad intermedia. Si se seca un bloque de arcilla plástica, pierde su
plasticidad y se convierte en un sólido frágil con una resistencia considerable
que resulta de la pegajosidad, entre partículas de arcilla.

La pegajosidad se atribuye principalmente a la atracción entre partículas

producida por las fuerzas de Van der Waal (fuerzas de atracción de corto
alcance entre moléculas adyacentes debidas a la interacción de los campos
eléctricos que se generan alrededor de las moléculas por los electrones que
giran alrededor de los núcleos atómicos).

La plasticidad se atribuye a la deformación de las capas de agua adsorbida.

Aunque esta agua es fuertemente atraída por las partículas de mineral de
arcilla, las moléculas de agua adsorbida pueden moverse con relativa facilidad
a lo largo de la superficie de las partículas. Por lo tanto, cuando las partículas
de arcilla se comprimen, la capa de agua adsorbida altamente viscosa se
deforma con elasticidad en tanto que las partículas sufren un desplazamiento
relativo unas con respecto a las otras.

 Plasticidad

La plasticidad puede estudiarse con base en curvas esfuerzo - deformación de

los materiales, cuya forma depende de las características del material. Para
esfuerzos bajos la relación esfuerzo - deformación es reversible
(comportamiento elástico), para esfuerzos mayores es irreversible
(comportamiento plástico).
 En la figura se muestran las curvas real e idealizada de la relación
esfuerzo deformación de una arcilla suave durante su intervalo plástico.