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: cuando el suelo pasa de un estado plástico a un estado líquido. Para la determinación de este límite se utiliza la cuchara de Casagrande.
- Límite plástico: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado plástico.
- Límite de retracción o contracción: cuando el suelo pasa de un estado semisólido a un estado sólido y se contrae al perder humedad.
Una problemática relevante y a tener en cuenta en nuestro país, es la presencia de suelos arcillosos expansivos, cuya principal característica es la de producir movimientos como consecuencia de hinchamientos y retracciones del subsuelo sobre el cual apoya la cimentación, debidos a cambios de humedad y que provocan en la mayoría de los casos daños estructurales importantes.
Las arcillas expansivas, pertenecen a un grupo mineralógico muy amplio de materiales de naturaleza química silícea denominados silicatos. Dentro de estos, en función de la distribución de los tetraedros de SiO44- (figura siguiente) se clasifican sistemáticamente dentro de los Filosilicatos o silicatos laminares. Así, a grandes rasgos y en función del tipo de arcilla, entre lámina y lámina, se emplazarán en mayor o menor medida las moléculas de agua que producirán el hinchamiento.
Estructura química general de las arcillas
Desde el punto de vista geotécnico, los suelos plásticos o arcillosos, son aquellos capaces de deformarse sin agrietarse, ni producir rebote elástico, cambiando su consistencia al variar el contenido de agua. En función de los cambios de contenido de humedad se dan diferentes estados físicos, siendo los límites para cada estado de consistencia los conocidos como límites de Atterberg: límite líquido, límite plástico e índice de plasticidad, que son el punto de partida para la estimación de la expansividad de un suelo.
La capacidad expansiva del suelo depende de su naturaleza; si un suelo arcilloso modifica el contenido de humedad, el cambio de volumen puede ser significativo. Tanto por aumento de volumen por mayor tenor de humedad como, al reducir la humedad, suele producirse retracción por desecación.
Los criterios de peligrosidad más aceptados son los siguientes:
Criterios de peligrosidad según Jiménez Salas
Criterios de peligrosidad según Chen
Las capas más afectadas por los cambios de humedad se sitúen más cercanas a la superficie ya que, salvo casos accidentales, el agua procede de la atmósfera por medio de precipitaciones y en algunos casos bajo la influencia del nivel freático. La zona situada entre la cota cero y una profundidad determinada donde se producen estos cambios de humedad es lo que denominamos capa activa en un suelo predominantemente arcilloso.
Por debajo de esta capa, las arcillas mantendrán su humedad estable de modo que no se producirán fenómenos como la expansividad, valor que nos es enormemente útil si queremos salvar la expansividad a la hora de apoyar una cimentación. En España, los autores suelen situar la capa activa entre los 3 o 4 primeros metros de profundidad.
Las arcillas, recibirán agua de las precipitaciones cuyo valor dependerá de las características de la urbanización exterior (presencia de zonas terrizas, alcorques de árboles, zonas ajardinadas, buena o mala conducción de aguas pluviales, etc.) También perderán agua en el mismo grado por evaporación y migración por capilaridad, al igual que por la presencia de árboles con raíces muy invasivas. Respecto al nivel freático, este también podrá proporcionar agua desde la zona inferior mediante la capilaridad a los niveles superiores de arcillas si están en contacto. Por ello la capa activa tendrá menos espesor en las zonas donde sean más frecuentes las precipitaciones y menores los cambios estacionales de temperatura.
Así mismo se ha desestimado la opción de recalzar la cimentación mediante prolongación a un nivel considerado competente y llevarla a un nivel que podemos considerar resistente ya que debido a que estamos según los ensayos realizados en un terreno potencialmente expansivo por ello teniendo en cuenta la profundidad mínima a partir de la cual no son esperables cambios volumétricos del terreno por cambios estacionales de humedad (capa activa) se establece a partir de la fórmula empírica de Crespo (1977):
Donde:
- IP: índice de plasticidad
- Y: densidad natural