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. Supongamos que 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 muestran una conductividad hidráulica alta, mientras que los suelos densos son menos permeables .
• Movimiento de partículas. Las partículas pequeñas y sueltas pueden moverse con relativa rapidez a través de los espacios vacíos más grandes en el suelo suelto. Por el contrario, en el suelo denso, las partículas más finas no pueden pasar libremente por los poros más pequeños , lo que provoca 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