100 Preguntas Esenciales en Geotecnia

La plasticidad es una de las propiedades más características de los suelos finos. Gracias a ella, una arcilla húmeda puede moldearse con la mano, deformarse sin romperse y conservar una forma determinada después de aplicada la carga. Esta capacidad tiene enormes consecuencias en geotecnia. De hecho, buena parte de los problemas asociados a las arcillas derivan precisamente de su plasticidad.

En términos simples, la plasticidad describe la capacidad de un suelo para deformarse de manera continua sin agrietarse ni comportarse como un líquido. Entre el estado sólido y el estado fluido existe una franja intermedia en la que ciertos suelos pueden cambiar de forma manteniendo cierta cohesión interna. Esa transición depende fundamentalmente del contenido de agua.

Cuando una arcilla está muy seca, suele comportarse como un material rígido y frágil. Si aumenta progresivamente la humedad, el suelo comienza a deformarse sin romperse y entra en estado plástico. Si continúa absorbiendo agua, llega un momento en que pierde prácticamente toda su resistencia y pasa a comportarse como un fluido viscoso.

Este comportamiento fue estudiado sistemáticamente por el sueco Albert Atterberg a comienzos del siglo XX. Sus famosos límites de Atterberg siguen siendo hoy uno de los pilares básicos de la identificación geotécnica.

Los límites de Atterberg intentan describir algo que cualquier persona puede observar intuitivamente cuando manipula una arcilla húmeda: el comportamiento del suelo cambia radicalmente según la cantidad de agua que contiene. Una misma arcilla puede pasar de ser dura y quebradiza a convertirse en una masa moldeable, y finalmente en un barro casi líquido. Atterberg comprendió que esas transiciones podían definirse mediante contenidos de humedad característicos y que esos valores permitían comparar distintos suelos de manera objetiva.

El primero de esos estados es el límite líquido. Se trata del contenido de agua a partir del cual el suelo pierde gran parte de su resistencia y comienza a comportarse prácticamente como un fluido viscoso. En términos físicos, las partículas están tan separadas por el agua que el suelo ya no puede mantener su forma bajo pequeñas solicitaciones. Una arcilla cercana al límite líquido se deforma con enorme facilidad y apenas ofrece resistencia al corte. Tradicionalmente, este límite se determina mediante el aparato de Casagrande, uno de los dispositivos más clásicos de la geotecnia.

El segundo parámetro fundamental es el límite plástico. Corresponde al contenido de agua a partir del cual el suelo deja de comportarse como un material rígido y empieza a deformarse plásticamente sin romperse.

Entre ambos valores aparece el intervalo más interesante desde el punto de vista geotécnico: la zona plástica. Dentro de ella el suelo puede deformarse considerablemente sin fracturarse ni fluir completamente. La amplitud de ese intervalo se mide mediante el índice de plasticidad, obtenido simplemente como la diferencia entre el límite líquido y el límite plástico:

Este índice proporciona muchísima información sobre el comportamiento del suelo. Los materiales con índices bajos suelen ser limos o arcillas poco activas, relativamente poco deformables y menos sensibles a las variaciones de humedad. En cambio, valores elevados indican arcillas muy plásticas, normalmente más compresibles, más expansivas y con mayor capacidad de retener agua.

En cierto modo, el índice de plasticidad funciona como un “termómetro” del comportamiento potencialmente problemático de un suelo fino. Cuanto más amplio es el rango plástico, más capacidad tiene el suelo para cambiar de consistencia frente a variaciones de humedad. Por eso las arcillas de alta plasticidad suelen asociarse a asientos importantes, retracciones, expansiones y dificultades constructivas.

Lo interesante es que la plasticidad no depende únicamente del tamaño de las partículas, sino también de su naturaleza mineralógica. Algunas arcillas poseen minerales muy activos, capaces de adsorber grandes cantidades de agua entre sus láminas microscópicas. Estas arcillas presentan altos índices de plasticidad y comportamientos especialmente complejos. Otras, en cambio, son mucho menos activas y muestran cambios más moderados frente a las variaciones de humedad.

La influencia práctica de esta propiedad es enorme. En general, cuanto mayor es la plasticidad de un suelo, mayor suele ser su capacidad de deformación, su sensibilidad al agua y su tendencia a experimentar cambios volumétricos. Las arcillas muy plásticas pueden expandirse al humedecerse y retraerse al secarse, generando movimientos que afectan a cimentaciones, pavimentos y estructuras enterradas.

Este fenómeno resulta especialmente problemático en climas con alternancia de estaciones húmedas y secas. Durante los periodos lluviosos, ciertas arcillas absorben agua y aumentan de volumen; durante la sequía se retraen y aparecen grietas de retracción.

La plasticidad también influye directamente en la resistencia del suelo. Una arcilla de alta plasticidad puede soportar deformaciones importantes antes de romper, mientras que un limo poco plástico suele mostrar comportamientos más frágiles e inestables. De hecho, dos suelos aparentemente similares desde el punto de vista granulométrico pueden comportarse de manera completamente distinta debido a su diferente plasticidad.

Por eso los ensayos de límites de Atterberg tienen tanta importancia en las campañas geotécnicas. Con medios relativamente simples permiten anticipar numerosos aspectos del comportamiento del terreno: compresibilidad, expansividad, sensibilidad al agua o facilidad de compactación. En muchos casos, el índice de plasticidad ofrece una primera idea bastante fiable de los problemas que puede presentar un suelo antes incluso de realizar ensayos más complejos.

La plasticidad también condiciona la excavación y la construcción. Las arcillas muy plásticas pueden adherirse a la maquinaria, dificultar la compactación o generar importantes deformaciones en túneles y desmontes. En obras lineales, como carreteras o ferrocarriles, la presencia de suelos altamente plásticos suele obligar a tratamientos especiales o sustituciones de material.

Referencias:

• Atterberg, A. (1911). Die Plastizität der Tone. Internationale Mitteilungen für Bodenkunde.
• Casagrande, A. (1932). Research on the Atterberg Limits of Soils. Public Roads. https://rosap.ntl.bts.gov/view/dot/59386
• Das, B.M. (2014). Principles of Geotechnical Engineering. Cengage Learning.
• Lambe, T.W. & Whitman, R.V. (1969). Soil Mechanics. Wiley.
• Tomás, R. et al. (2013). Ensayos geotécnicos de suelos y rocas. Universidad de Alicante / ULL.
• Geotecnia I (2010) OCW https://ocw.unican.es/course/view.php?id=203