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Calculadora de relación de vacíos del suelo (porosidad, saturación y pesos unitarios)

Calcula la relación de vacíos, porosidad, grado de saturación y los pesos unitarios seco, saturado y sumergido de un suelo a partir de su humedad, gravedad específica Gs y peso unitario húmedo o seco.

Unidades

Peso unitario conocido

Peso unitario

Contenido de humedad w

Gravedad específica de los sólidos Gs

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Cómo funciona

γd = γ/(1 + w) · e = Gs·γw/γd − 1 · n = e/(1 + e) · S = w·Gs/e · γsat = (Gs + e)·γw/(1 + e) · γ′ = γsat − γw · contenido de aire = n(1 − S) · γw = 9.81 kN/m³ = 62.4 pcf.

Una muestra de suelo está formada por sólidos, agua y aire. Las relaciones volumétricas y gravimétricas ligan volúmenes y pesos, de modo que con tres datos medidos —normalmente el contenido de humedad (secado al horno, ASTM D2216), la gravedad específica de los sólidos (ASTM D854) y el peso unitario de una muestra inalterada o de un ensayo de densidad de campo— se obtiene todo lo demás. La identidad clave S·e = w·Gs une saturación, relación de vacíos y humedad. La relación de vacíos se usa en asentamientos por consolidación, la porosidad en flujo y almacenamiento de agua, y los pesos unitarios saturado y sumergido en los cálculos de esfuerzo efectivo bajo el nivel freático.

Ejemplo resuelto

Una muestra pesa 19 kN/m³ con 18% de humedad y Gs = 2.70. γd = 19/1.18 = 16.10 kN/m³, así que e = 2.70 × 9.81/16.10 − 1 = 0.645. La porosidad es n = 0.645/1.645 = 39.2% y S = 0.18 × 2.70/0.645 = 75.4%. Totalmente saturada pesaría (2.70 + 0.645)/1.645 × 9.81 = 19.95 kN/m³, o 10.14 kN/m³ sumergida.

Fuentes: FHWA — Soils and Foundations Reference Manual Vol. I, §4 (soil phase relationships) · Void ratio

Preguntas frecuentes

¿Qué diferencia hay entre relación de vacíos y porosidad?

La relación de vacíos e es el volumen de vacíos dividido entre el volumen de sólidos; la porosidad n es el volumen de vacíos dividido entre el volumen total. Contienen la misma información: n = e/(1 + e) y e = n/(1 − n). En geotecnia se prefiere e porque el volumen de sólidos no cambia cuando el suelo se comprime.

¿Cuáles son relaciones de vacíos típicas?

Arena y grava densas 0.3–0.5, arena suelta 0.6–0.8, arcilla firme 0.5–0.9, arcilla blanda 0.9–1.5 y arcillas orgánicas o turbas de 2 a 10 o más.

¿Por qué el grado de saturación puede salir mayor que 100%?

Solo por datos inconsistentes: un peso unitario demasiado alto para la humedad o un Gs equivocado. Errores de medición de unos pocos por ciento en humedad o densidad llevan fácilmente una arcilla casi saturada por encima de 100%, por eso la calculadora lo señala.

¿Para qué sirve el peso unitario sumergido?

Bajo el nivel freático el suelo recibe empuje del agua, así que el esfuerzo efectivo vertical crece con γ′ = γsat − γw y no con el peso unitario total. Se usa en capacidad de carga, empuje de tierras y esfuerzos para consolidación en suelos saturados.

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Esta calculadora tiene fines informativos. Verifica los resultados importantes antes de tomar decisiones.