Escribe las medidas de un espécimen cilíndrico, su masa antes y después de secarlo en horno y la gravedad específica de sus granos. La calculadora reparte su volumen entre sólidos, agua y aire, y con ese reparto saca la porosidad, la relación de vacíos y el grado de saturación, además de las densidades y los volúmenes del ensayo. Es gratis y no pide cuenta.

Calculadora · ASTM D2216 · D7263

Geometría del espécimen

Diámetro del espécimen

El molde es cilíndrico: el volumen sale de la geometría.

Altura del espécimen

Con el diámetro cierra el volumen del cilindro.

Masas del ensayo

Masa del recipiente

La tara: se resta a las otras dos masas.

Recipiente + espécimen húmedo

La masa antes de secar.

Recipiente + espécimen seco

La masa después de secar en horno.

Sólidos y agua

Gravedad específica de los granos

Sale del ensayo de gravedad específica; sin ella no cierra el diagrama.

Densidad del agua a la temperatura del ensayo

g/cm³

A 20 °C vale 0,998 g/cm³. Mide la temperatura y usa el valor de la tabla.

Diagrama de fases

Sólidos64.0 %
Agua25.3 %
Aire10.8 %

Volumen total 200.1 cm³Vacíos 72.1 cm³

S = 70.1 % · e = 0.563 · n = 36.0 %

Espécimen de 4.95 × 10.4 cm: volumen húmedo 200.1 cm³. Masa húmeda 377.2 g, seca 326.7 g y de agua 50.5 g (humedad 15.5 %). Con Gs = 2.554 el volumen de los granos es 128.1 cm³, así que los vacíos ocupan 72.1 cm³. El agua ocupa 70.1 % de los vacíos: le queda 29.9 % para absorber antes de saturarse

Las trece magnitudes del ensayo

Magnitud	Valor
Volumen húmedo · Vπ (D/2)² H	200.1cm³
Masa húmeda · MMtc − Mc	377.2g
Masa seca · MsMdc − Mc	326.7g
Masa de agua · MwMtc − Mdc	50.5g
Densidad de la muestra · γM / V	1.885g/cm³
Contenido de humedad · wMw / Ms	15.46%
Densidad seca · γdγ / (1 + w)	1.632g/cm³
Volumen de sólidos · VsMs / (Gs · ρw)	128.1cm³
Volumen de vacíos · VvV − Vs	72.1cm³
Relación de vacíos · en / (1 − n)	0.563
Porosidad · nVv / V	36.01%
Volumen de agua · VwMw / ρw	50.6cm³
Grado de saturación · SrVw / Vv	70.1%

Esta calculadora se ofrece con fines informativos y de apoyo técnico. No reemplaza el criterio profesional ni las revisiones correspondientes, y su uso es responsabilidad de quien la utiliza.

Cómo calcula

El espécimen es un cilindro, así que su volumen sale del diámetro $D$ y la altura $H$ . A las dos pesadas, la húmeda ( $M_{tc}$ ) y la que sigue al horno ( $M_{dc}$ ), se les resta la masa del recipiente, $M_c$ :

V = \pi \left(\frac{D}{2}\right)^2 H, \qquad M = M_{tc} - M_c, \qquad M_s = M_{dc} - M_c

El agua es la diferencia entre las dos pesadas, $M_w = M_{tc} - M_{dc}$ . Con ella salen la densidad, la humedad y la densidad seca:

\rho = \frac{M}{V}, \qquad w = \frac{M_w}{M_s}, \qquad \rho_d = \frac{\rho}{1 + w}

La gravedad específica de los granos, $G_s$ , cierra el diagrama de fases: convierte la masa seca en el volumen de los sólidos, y el resto del espécimen son vacíos.

V_s = \frac{M_s}{G_s\,\rho_w}, \qquad V_v = V - V_s, \qquad n = \frac{V_v}{V}, \qquad e = \frac{n}{1 - n}

Escrita así, la relación de vacíos es la misma $V_v/V_s$ . El agua ocupa $V_w = M_w/\rho_w$ de esos vacíos, y de ahí sale el grado de saturación:

S = \frac{V_w}{V_v}

$\rho_w$ es la densidad del agua a la temperatura del ensayo. La humedad es la del secado en horno de la ASTM D2216, y la densidad a partir de las medidas del espécimen es el método A de la ASTM D7263. Si los datos dan una saturación de más de 100 %, unos vacíos nulos o negativos, o una densidad seca mayor que la húmeda, la calculadora pone un aviso sobre el resultado y dice qué dato revisar.

El procedimiento completo, el equipo y el informe del ensayo están en la lección de la Academia: Relaciones de fase del suelo.

Cómo usarla

Mide el diámetro y la altura del espécimen, en cm.
Pesa el recipiente vacío, el recipiente con el espécimen húmedo y el recipiente con el espécimen ya seco, en gramos.
Escribe la gravedad específica de los granos, de tu propio ensayo o de la calculadora de gravedad específica, y la densidad del agua a la temperatura del ensayo: 0,998 g/cm³ a 20 °C.
Lee el diagrama de fases, que muestra qué parte del volumen ocupan los sólidos, el agua y el aire. Debajo, una tabla da las trece magnitudes del ensayo con sus fórmulas.

La calculadora abre con un ejemplo resuelto, y Restablecer el ejemplo lo trae de vuelta cuando cambias los datos.

Preguntas frecuentes

¿Qué es la porosidad del suelo y cómo se calcula?

Es la fracción del volumen total que ocupan los vacíos, llenos de agua o de aire: $n = V_v/V$ . Para calcularla, al volumen del espécimen se le resta el de los sólidos, que sale de la masa seca y la gravedad específica, y ese volumen de vacíos se divide entre el total.

¿Qué diferencia hay entre la relación de vacíos y la porosidad?

Las dos miden los vacíos. La relación de vacíos los compara con el volumen de los sólidos, $e = V_v/V_s$ , y la porosidad con el volumen total, $n = V_v/V$ , así que $n = e/(1 + e)$ . La porosidad siempre es menor que 1, mientras que la relación de vacíos de una arcilla blanda o de un suelo orgánico puede pasar bastante de 1.

¿Cómo se calcula el grado de saturación?

Dividiendo el volumen de agua entre el volumen de vacíos: $S = V_w/V_v$ . Si ya conoces la humedad y la relación de vacíos, $S = w\,G_s/e$ da el mismo valor. Nunca pasa de 100 %: un resultado mayor es un error en los datos, casi siempre en la masa seca, en el volumen o en un $G_s$ demasiado bajo.

¿Qué son las relaciones volumétricas y gravimétricas?

Son las que describen cómo se reparten las fases del suelo. Las volumétricas comparan volúmenes, como la relación de vacíos, la porosidad y el grado de saturación. Las gravimétricas comparan masas, como la humedad, $w = M_w/M_s$ . La gravedad específica de los sólidos une las dos, por ejemplo en $S\,e = w\,G_s$ .

Calculadora de porosidad del suelo y relación de vacíos