Compacidad y Consistencia del Suelo: densidad relativa (Dr)
La compacidad y la consistencia describen qué tan firme es un suelo, pero se aplican a familias distintas: en los suelos granulares la firmeza depende del empaquetamiento de las partículas y se mide con la compacidad (a través de la densidad relativa), mientras que en los suelos finos depende del contenido de humedad y se describe con la consistencia (límites de Atterberg).
Esto ocurre porque en los suelos finos el agua aporta cohesión por las propiedades eléctricas de los minerales de arcilla, mientras que en los granulares manda la forma en que se acomodan los granos. Este artículo desarrolla la compacidad y la densidad relativa de los suelos granulares; para la consistencia de los suelos finos puede consultarse el artículo de límites de Atterberg.
Compacidad e índice de vacíos
La compacidad es la forma de empaquetamiento de las partículas dentro de la masa de suelo y determina su índice de vacíos. Un mismo suelo puede quedar denso, cuando los granos se acomodan dejando el mínimo de vacíos, o suelto, cuando quedan más huecos entre ellos. El concepto solo tiene sentido en suelos de partículas granulares (arenas y gravas).
Densidad relativa (Dr)
La densidad relativa mide el grado de empaquetamiento del suelo en sitio comparando su índice de vacíos actual con los índices máximo y mínimo que ese suelo admite:
Donde e es el índice de vacíos actual, y emáx y emín los valores más suelto y más denso posibles. También puede expresarse en función de la porosidad n o de los pesos unitarios secos:
La densidad relativa se expresa en porcentaje: 0 % para un suelo muy suelto y 100 % para uno muy denso; en la práctica, en sitio suele variar entre 20 y 85 %.
Clasificación según la densidad relativa
Según el valor de Dr, la compacidad del suelo se describe así:
| Densidad relativa Dr (%) | Descripción de la compacidad |
|---|---|
| 0 – 15 | Muy suelto |
| 15 – 35 | Suelto |
| 35 – 65 | Medianamente denso |
| 65 – 85 | Denso |
| 85 – 100 | Muy denso |
Fuente: Lambe & Whitman (1969).
Determinación en laboratorio
Los índices de vacíos máximo y mínimo se obtienen midiendo el peso unitario seco del suelo en su estado más suelto y más denso. El peso unitario mínimo se logra vaciando el suelo seco con un embudo dentro de un molde de volumen conocido; el máximo, aplicando una sobrecarga y sometiendo el conjunto a vibración. El ensayo se realiza según las normas ASTM D4253 (densidad índice máxima, mesa vibratoria) y ASTM D4254 (densidad índice mínima y cálculo de la densidad relativa), que reemplazaron a la antigua ASTM D2049 (retirada); conviene verificar siempre la edición vigente.
Como alternativa, Youd (1973) propuso estimar emáx y emín a partir de la angularidad de las partículas y del coeficiente de uniformidad del suelo.
Relación con la clasificación y el control en obra
La compacidad influye en la resistencia y la deformabilidad del suelo, y se vincula con su clasificación por los métodos SUCS y AASHTO. En obra, el peso unitario seco en campo —con el que se calcula la Dr— se obtiene mediante ensayos de densidad in situ.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la compacidad de un suelo?
Es el grado de empaquetamiento de las partículas en un suelo granular: cuanto menor es el índice de vacíos, más denso (compacto) está el suelo. Solo aplica a arenas y gravas, no a suelos finos.
¿Qué es la densidad relativa (Dr)?
Es un parámetro que mide la compacidad de un suelo granular comparando su índice de vacíos actual con el máximo y el mínimo posibles. Varía de 0 % (muy suelto) a 100 % (muy denso); en sitio suele estar entre 20 y 85 %.
¿Cuál es la diferencia entre compacidad y consistencia?
La compacidad describe suelos granulares por el empaquetamiento de sus partículas (densidad relativa). La consistencia describe suelos finos por su contenido de humedad, mediante los límites de Atterberg.
¿Cómo se clasifica un suelo por su densidad relativa?
De muy suelto a muy denso según el valor de Dr: 0–15 % muy suelto, 15–35 % suelto, 35–65 % medianamente denso, 65–85 % denso y 85–100 % muy denso.
¿Qué norma se usa para la densidad relativa?
Las normas ASTM D4253 y D4254, que determinan las densidades índice máxima y mínima y el cálculo de la densidad relativa. Reemplazaron a la antigua ASTM D2049.