100 Preguntas Esenciales en Geotecnia

La clasificación granulométrica es una herramienta simple y útil en geotecnia. Su objetivo es determinar cómo se distribuyen los tamaños de las partículas que forman un suelo. Dicho de otro modo, intenta responder a una pregunta muy concreta: ¿Qué proporción de gravas, arenas, limos y arcillas contiene el suelo?

Aunque pueda parecer una descripción puramente física, la granulometría tiene enormes implicaciones ingenieriles. El tamaño de las partículas condiciona el drenaje, la compactación, la resistencia, la deformabilidad e incluso la estabilidad del suelo frente al agua o las vibraciones. Por eso, antes de diseñar una cimentación o analizar un talud, el geotécnico necesita conocer cómo está compuesto el terreno.

Las clasificaciones granulométricas modernas dividen los suelos en varios grupos principales en función del diámetro de sus partículas. Existen ligeras diferencias entre normas y países, pero en términos generales las categorías más utilizadas son:

• bloques y bolos,
• gravas,
• arenas,
• limos,
• arcillas.

La frontera más importante suele situarse alrededor de las partículas de tamaño arena-limo, porque a partir de ahí el comportamiento cambia de manera significativa. Los materiales gruesos, como arenas y gravas, están dominados por el contacto mecánico entre partículas; los materiales finos, como limos y arcillas, comienzan a presentar fenómenos relacionados con la superficie específica y la interacción con el agua.

De las más utilizadas son las clasificaciones derivadas del Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS). Aunque los límites exactos pueden variar ligeramente, las arenas suelen situarse entre aproximadamente 0,063 mm y 2 mm, las gravas por encima de ese tamaño, y los limos y arcillas por debajo de 0,063 mm. La diferencia entre limo y arcilla ya no depende únicamente del tamaño, sino también de la plasticidad y del comportamiento mineralógico.

La determinación granulométrica se realiza en laboratorio mediante procedimientos relativamente sencillos, pero muy normalizados. Para las fracciones gruesas se utiliza el ensayo de tamizado. La muestra seca se hace pasar por una columna de tamices superpuestos con aberturas progresivamente menores. Cada tamiz retiene una fracción concreta del material y permite calcular el porcentaje acumulado de partículas de cada tamaño. Después de agitar mecánicamente los tamices, el técnico pesa el material retenido en cada uno de ellos y obtiene una distribución porcentual. El resultado no es simplemente una tabla de datos: es la “firma granulométrica” del suelo.

Cuando las partículas son demasiado pequeñas para tamizarse se emplean métodos de sedimentación. Estos ensayos se basan en una idea sencilla formulada por Stokes en el siglo XIX: las partículas más grandes caen más rápido en un fluido que las pequeñas. Midiendo la velocidad de sedimentación en agua es posible estimar el tamaño de los granos finos.

Los resultados del ensayo suelen representarse mediante la llamada curva granulométrica, probablemente uno de los gráficos más característicos de la geotecnia. En ella se representa el porcentaje de material que pasa por cada tamaño de tamiz frente al diámetro de las partículas, generalmente en escala logarítmica.

La forma de esa curva proporciona muchísima información. Un suelo cuya curva cubre un amplio rango de tamaños se considera bien graduado. Esto significa que existen partículas grandes, medianas y pequeñas capaces de rellenar los huecos entre sí. Estos materiales suelen compactarse bien y alcanzar densidades elevadas.

Por el contrario, cuando predominan partículas de tamaño similar, el suelo se considera uniformemente graduado o mal graduado. En estos casos quedan más huecos entre partículas y el comportamiento suele ser más permeable y menos compacto. Muchas arenas de playa son un buen ejemplo de materiales relativamente uniformes.

A partir de la curva granulométrica pueden obtenerse parámetros muy útiles. Entre los más conocidos están el coeficiente de uniformidad y el coeficiente de curvatura.

El coeficiente de uniformidad compara tamaños característicos de la curva y permite estimar la variedad granulométrica del suelo. Valores altos indican una amplia distribución de tamaños y, generalmente, mejor capacidad de compactación. El coeficiente de curvatura ayuda a evaluar si esa distribución es continua o presenta “saltos” granulométricos.

Estos parámetros son especialmente importantes en el diseño de rellenos, filtros y capas drenantes. En presas, carreteras o ferrocarriles, una granulometría inadecuada puede provocar asientos excesivos, pérdida de material fino o fenómenos de erosión interna. De hecho, muchos criterios de diseño geotécnico clásicos están basados directamente en relaciones granulométricas.

La granulometría también permite interpretar procesos geológicos. Un depósito fluvial torrencial suele contener gravas y arenas heterogéneas, mientras que un ambiente lacustre tranquilo favorece la sedimentación de limos y arcillas muy finas. La curva granulométrica puede contar, en cierto modo, la historia del transporte y depósito del suelo.

Sin embargo, la experiencia demuestra que la granulometría por sí sola no basta para definir completamente el comportamiento del terreno. Por eso la clasificación granulométrica suele complementarse con ensayos de plasticidad y otros parámetros.

Aun así, sigue siendo uno de los primeros y más importantes ensayos de cualquier investigación geotécnica. Con medios relativamente simples proporciona una enorme cantidad de información sobre el suelo y orienta muchas decisiones posteriores de diseño y construcción.

Imagen de portada: Diferentes partículas de 0,016 mm a 2,0 mm. Por PalaeoMal – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3751266

Referencias:

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• Fell, R. et al. (2005). Geotechnical Engineering of Dams. Balkema
• Fundamentals of Geotechnical Engineering OCW UPV/EHU https://ocw.ehu.eus/course/view.php?id=535&lang=en