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1. Consistencia del Suelo - Límites de
Atterberg - Límite de Contracción
En el estado semisólido, el proceso el decrecimiento de volumen del suelo es precisamente
igual al valor de agua perdida por evaporación. Sin embargo, cuando el contenido de
humedad llega a un cierto valor mínimo, la muestra deja de disminuir su volumen con la
pérdida de humedad pero el peso de la muestra continúa decreciendo.
Puede decirse que en ese punto la muestra pasa de un estado semisólido a uno sólido. El
límite entre los dos estados es marcado por el cambio de color de oscuro a claro y el
contenido de humedad correspondiente a dicho límite Atterberg lo denominó “límite de
contracción”.
En el estado semisólido, los vacíos están completamente llenos de agua. La superficie
libre de agua se localiza dentro de la superficie de la muestra y la tensión superficial
ejerce en la superficie exterior de la muestra una presión distribuida uniforme,
comparable a la presión externa actuando como una presión hidrostática en cada punto
perpendicular a la superficie externa de la muestra. Por esta razón el aire no puede entrar
en la arcilla ya que la presión ejercida por la tensión superficial es más pequeña que la
presión requerida para comprimir o contraer la arcilla.
En el límite líquido la presión ejercida por la tensión superficial del agua o “presión capilar”
es prácticamente igual a cero. En el límite plástico ya suma varias atmósferas y durante
el proceso de contracción en el estado semisólido su valor es todavía más grande.
Finalmente, llega el punto donde la fuerza requerida para producir el cambio de volumen
es tan grande como el máximo valor que la “presión capilar” puede posiblemente suponer.
Si se sigue evaporando agua, la superficie de agua capilar se retira al interior de la
muestra y el aire puede ingresar al suelo, en consecuencia, el color del suelo cambia de
oscuro a claro. El contenido de agua, cuando se produce el cambio de color, es el límite
de contracción. El límite de contracción depende obviamente de dos factores: la
compresibilidad del suelo y el máximo valor de presión capilar.
El Límite de Contracción es el contenido de humedad al que un suelo pasa de consistencia
dura (seco) a friable (húmedo) (ver figura 1).

2. Límite de Contracción (ASTM D-427)
Una muestra de suelo secada lentamente (sometida a desecación), formará un menisco
capilar entre los granos individuales del suelo. Como resultado, los esfuerzos entre los
granos (esfuerzos efectivos o intergranulares), aumentarán y el suelo disminuirá de
volumen. A medida que la contracción continúa, el menisco se hace más pequeño y los
esfuerzos capilares se incrementan, lo cual reduce aún más el volumen. Se llega hasta
un punto donde no hay mayor reducción de volumen, pero el grado de saturación es
esencialmente 100 %. El contenido de agua al cual esto ocurre se define como límite de
contracción (LC, SL o wS).
En este punto, el menisco capilar comienza a retraerse bajo la superficie del suelo y el
color de la superficie cambia de uno resplandeciente a una apariencia uniforme (el mismo
efecto se observa cuando un suelo dilatante se retrae bajo la superficie, que adquiere
apariencia uniforme (parda) debido a la reflectividad en los cambios en superficie).
También puede decirse que el límite de contracción es el menor contenido de humedad
al que una muestra de suelo no reducirá volumen con posterior secado.
Determinación del Límite de Contracción
Atterberg (1911), originalmente trabajó con pequeñas barras de arcilla que dejó secar
lentamente. Observó el punto en el cual el color cambiaba y al mismo tiempo anotó que
la longitud era esencialmente mínima en ese punto.
Terzaghi propuso que uno podría medir el volumen seco y la masa seca y a la vez calcular
el contenido de agua en el punto de mínimo volumen. En la figura 2 se ilustra este
procedimiento. Una pequeña cantidad de suelo de masa total Mi se coloca en un pequeño
recipiente de volumen conocido Vi y se permite un secado lento. Luego de tener la masa
seca al horno Ms, el volumen se suelo seco Vd se mide pesando la cantidad de mercurio
que la muestra de suelo desplaza. El límite de contracción se calcula a partir de alguna
de las siguientes expresiones:
Ambas ecuaciones corresponden a las dos partes de la figura 2 y puede ser fácilmente
derivada de la figura y los diagramas de fase del suelo.

3. Aunque el límite de contracción fue una popular prueba de clasificación durante los años
20, está sujeta a considerable incertidumbre y por ello no se practica más. El ensayo tiene
algunas características indeseables: involucra errores como resultado de burbujas de aire
en la muestra de suelo seco, agrietamiento durante el secado, pesado y otras medidas
de error y el peligro de envenenamiento al operador con mercurio. Casagrande sugirió
secar muestras grandes y medir físicamente sus dimensiones para evitar el problema del
envenenamiento por mercurio.
Uno de los mayores problemas con el límite de contracción, es que la cantidad de
contracción depende no solo del tamaño del grano, sino de la fábrica inicial del suelo. El
estándar, por ejemplo la designación ASTM D427; del procedimiento, es comenzar con
un límite de humedad cercano al límite líquido. Sin embargo, especialmente con arcillas
limosas y arenosas, frecuentemente se produce un límite de contracción mayor que el
límite plástico, lo cual carece de sentido. Casagrande sugiere que el contenido inicial de
agua sea ligeramente mayor que el límite plástico, si es posible, pero debe admitirse que
es imposible evitar atrapar burbujas de aire.
Si el suelo está en estado natural inalterado, entonces el límite de contracción es
frecuentemente mayor que el límite plástico debido a la estructura del suelo. Esto es
especialmente cierto para arcillas altamente sensibles según Karlsson (1977). En la tabla
a continuación se presenta la sensibilidad de la arcilla respecto del límite de contracción.
Si se utiliza el aparato de Casagrande y se inicia la prueba ligeramente por encima del
límite plástico, entonces se obtienen los siguientes resultados cuando los límites de
Atterberg se grafican cerca a la línea A en la carta de plasticidad, el límite de contracción
se acerca a 20. Si los límites se grafican sobre la línea A, entonces el límite de contracción
es menor de 20 por una cantidad aproximadamente igual a cuan distantes están los
límites sobre la línea A. De forma similar, para ML y MH (LO y OH), el límite de contracción
es mayor de 20 una cantidad aproximadamente igual a cuan distante bajo la línea A se
grafican los límites. De allí que si la distancia vertical por encima o por debajo de la línea
A es DPi, entonces:
LC = 20 ± DPi

4. Este procedimiento y ecuación, se han encontrado como los más aproximados a la prueba
del límite de contracción.
Casagrande sugirió un método aún más simple. Si la línea U y la línea A de la carta de
plasticidad se extienden, convergen a un punto con coordenadas (-43.5, -46.4), com
o se
muestra en la figura 9. Se extiende una línea desde ese punto a las coordenadas del límite
líquido e índice de plasticidad en la carta de plasticidady el límite de contracción es donde
ésta línea cruza el eje del límite líquido. Aunque no es un procedimiento exacto, es lo
suficientemente aproximado para trabajo geotécnico. No obstante, la prueba del límite
de contracción efectuada según la norma ASTM, tampoco es particularmente exacta. Si
puede obtenerse un estimado razonable del límite de contracción de la carta de plasticidad
(ver figura 3), entonces el ensayo del límite de contracción no requiere ser ejecutado
puesto que no produce información adicional.
Debe observarse que las presiones capilares deben ser muy grandes para suelos arcillosos
de grano muy fino con minerales de arcilla altamente activos (cercanos a la línea U).
Estos suelos tendrán límites de contracción cercanos a 8, según el procedimiento de
Casagrande. En efecto, él observó límites tan bajos como 6 para arcillas
montmorilloníticas. Suelos en el límite de contracción tendrán una muy baja relación de
vacíos debido a que las presiones capilares son muy grandes, mucho mayores a las que
pueden alcanzarse por compactación, por ejemplo.
Teniendo en cuenta el método simplificado de Casagrande, de coordenadas sobre la carta
de plasticidad y utilizando la geometría analítica puede calcularse la ecuación para hallar
el límite de contracción:
Terzaghi sugirió un método de determinación más simple de determinación que el
utilizado por Atterberg (mediciones frecuentes de longitud y peso de un mismo prisma
hasta no presentar disminución de la longitud), que consta de el peso y volumen de una

5. muestra de suelo totalmente seca ; en ese momento el límite de contracción sería la
humedad de la muestra seca si tuviese sus vacíos llenos de agua, luego de la figura 4
puede deducirse :
De la figura,
wm = ws dado que la muestra está totalmente seca.
Ss = peso específico relativo de la fase sólida del suelo (de sólidos)
g0 = peso específico del agua destilada a 4 °C de temperatura y a la presión atmosférica
correspondiente al nivel del mar. En el sistema métrico es igual a 1.0 ton/m³.
Para obtener el límite de contracción de la fórmula anterior debe determinarse el volumen
de la muestra seca del suelo y el peso específico relativo de los sólidos de la muestra.
La Public Road Administration (USA), ha desarrollado otro método para la determinación
del límite de contracción de los suelos en donde no se requiere contar con el peso
específico relativo de los sólidos. En este, el suelo se remoldea hasta una consistencia
cercana al límite líquido, añadiendo agua si es preciso y se llena una cápsula de volumen
conocido. La superficie se alisa con espátula y se protege con vidrio ; se seca al horno y
se pesa hasta tener peso constante, que se anota. Se determina el volumen de la muestra
seca y así se tienen las cantidades :
V1 = volumen de la muestra húmeda, igual al de la cápsula.
W1 = peso de la muestra húmeda
V2 = volumen de la muestra seca
Ws = peso de la muestra seca

6. En la figura 5 se muestran las cantidades anteriores, siendo iguales las escalas 1 gr = 1
cm³. Así, la relación de disminución de peso por pérdida de agua en el secado es una
recta con 45° de inclinación para humedades superiores al límite de contracción.
El punto (2) representa el límite de contracción secándolo desde la condición inicial (1).
Al llegar al secado total (3) ya no varía el volumen. En (2) no hay cambio brusco sino
transición gradual y en suelos muy plásticos en el tramo (2) - (3) se da contracción
adicional mientras que en suelos de muy baja plasticidad hay expansión.
De la figura 5 puede obtenerse el límite de contracción aplicando la definición de contenido
de agua: