Relación de vacío

Magnitud adimensional relacionada con la porosidad

La relación de huecos ( ) de una mezcla de sólidos y fluidos (gases y líquidos), o de un material compuesto poroso como el hormigón , es la relación entre el volumen de los huecos ( ) que llenan los fluidos y el volumen de todos los sólidos ( ). Es una cantidad adimensional en la ciencia de los materiales y en la ciencia del suelo , y está estrechamente relacionada con la porosidad (a menudo indicada como , o , según la convención), la relación entre el volumen de huecos ( ) y el volumen total (o en masa) ( ), de la siguiente manera: ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle V_{V}}$ ${\displaystyle V_{S}}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle {\eta }}$ ${\displaystyle V_{V}}$ ${\displaystyle V_{T}}$

${\displaystyle e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {\phi }{1-\phi }}}$

en el que, para un medio poroso idealizado con una estructura de esqueleto rígida e indeformable ( es decir, sin variación del volumen total ( ) cuando cambia el contenido de agua de la muestra (sin expansión o hinchamiento con la humectación de la muestra); ni efecto de contracción o encogimiento después del secado de la muestra), el volumen total (o en masa) ( ) de un material poroso ideal es la suma del volumen de los sólidos ( ) y el volumen de los huecos ( ): ${\displaystyle V_{T}}$ ${\displaystyle V_{T}}$ ${\displaystyle V_{S}}$ ${\displaystyle V_{V}}$

${\displaystyle V_{T}=V_{S}+V_{V}}$

(en una roca o en un suelo , esto también supone que los granos sólidos y el fluido de los poros están claramente separados, por lo que los minerales arcillosos hinchables como la esmectita , la montmorillonita o la bentonita que contienen agua ligada en su espacio entre capas no se consideran aquí).

y

${\displaystyle \phi ={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}}$

donde es la relación de vacíos, es la porosidad , V _V es el volumen del espacio vacío (gases y líquidos), V _S es el volumen de sólidos y V _T es el volumen total (o a granel). Esta cifra es relevante en compuestos , en minería (particularmente con respecto a las propiedades de los relaves ) y en la ciencia del suelo . En ingeniería geotécnica , se considera una de las variables de estado de los suelos y se representa con el símbolo . ^{[1] [2]} ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle e}$

Cabe señalar que en ingeniería geotécnica , el símbolo suele representar el ángulo de resistencia al corte, un parámetro de resistencia al corte (del suelo) . Por ello, en la ciencia del suelo y la geotecnia, estas dos ecuaciones se suelen presentar para la porosidad: ^{[3] [4]} ${\displaystyle \phi }$ ${\displaystyle {\eta }}$

${\displaystyle e={\frac {V_{V}}{V_{S}}}={\frac {V_{V}}{V_{T}-V_{V}}}={\frac {n}{1-{\eta }}}}$

y

${\displaystyle {\eta }={\frac {V_{V}}{V_{T}}}={\frac {V_{V}}{V_{S}+V_{V}}}={\frac {e}{1+e}}}$

donde es la relación de vacíos, es la porosidad, V _V es el volumen del espacio vacío (aire y agua), V _S es el volumen de sólidos y V _T es el volumen total (o a granel). ^[5] ${\displaystyle e}$ ${\displaystyle {\eta }}$

Aplicaciones en ciencias del suelo y geomecánica

• Control de la tendencia al cambio de volumen. Si la relación de huecos es alta (suelos sueltos), bajo carga, los huecos en el esqueleto del suelo tienden a disminuir (encogimiento) – aumentando el contacto entre partículas adyacentes y modificando la tensión efectiva del suelo . La situación opuesta, es decir, cuando la relación de huecos es relativamente pequeña (suelos densos), indica que el volumen del suelo es vulnerable a aumentar (hinchamiento) bajo descarga – las partículas de arcilla parcialmente secas de esmectita ( montmorillonita , bentonita ) presentes en un suelo no saturado pueden hincharse debido a su hidratación después del contacto con agua (cuando las condiciones saturadas/insaturadas fluctúan en un suelo).
• Control de la conductividad hidráulica del fluido (capacidad del agua para moverse a través del suelo). Los suelos sueltos presentan una conductividad hidráulica alta, mientras que los suelos densos son menos permeables .
• Movimiento de partículas. En un suelo suelto, las partículas pequeñas no unidas pueden moverse con bastante facilidad a través de los espacios abiertos más grandes, mientras que en un suelo denso, las partículas más finas no pueden pasar libremente por los poros más pequeños , lo que conduce a la obstrucción de la porosidad .

Véase también

• Espacio poroso en el suelo
• Vacío (compositos)

Referencias

1. Lambe, T. William y Robert V. Whitman. Mecánica de suelos . Wiley, 1991; pág. 29. ISBN  978-0-471-51192-2
2. Santamarina, J. Carlos, Katherine A. Klein y Moheb A. Fam. Suelos y olas: comportamiento de materiales particulados, caracterización y monitoreo de procesos . Wiley, 2001; págs. 35-36 y 51-53. ISBN 978-0-471-49058-6 
3. Pearson, FJ (1999). "¿Cuál es la porosidad de una lutita? En: Aplin, AC, Fleet, AJ y Macquaker, JHS (Ed.). Lodos y lutitas: propiedades físicas y de flujo de fluidos". Geological Society, Londres, Publicaciones especiales . 158 (1): 9–21. doi :10.1144/GSL.SP.1999.158.01.02. ISSN  0305-8719.
4. Pearson, FJ; Fernández, AM; Gaboriau, H.; Bath, A. (2003). "Anexo 10: Porosidad y contenido de agua de las arcillas de Mont Terri. En: Mont Terri Project – Geochemistry of Water in the Opalinus Clay Formation at the Mont Terri Rock Laboratory" (Proyecto Mont Terri: Geoquímica del agua en la formación de arcilla Opalinus en el laboratorio de rocas de Mont Terri) . Consultado el 9 de junio de 2024 .
5. Craig, RF Mecánica de suelos de Craig. Londres: Spon, 2004, pág. 18. ISBN 0-203-49410-5 . 

Lectura adicional

• Bates, RL; Jackson, JA (15 de octubre de 1987). Glosario de geología, tercera edición – Instituto Geológico Americano, Alejandría. Amazon.com: Libros 9780913312896 . Instituto Geológico Americano. ISBN 0913312894.

Enlaces externos