ABSORCIÓN DE VAPOR DE AGUA:
HIGROSCOPICIDAD
El con enido de agua de una oca en condiciones de
equilib io con el ai e ambien e se denomina hume-
dad hig oscópica, y es á elacionada con la p esión
pa cial de apo de agua del ai e que la odea.
P ocedimien o de ensayo
El ensayo se ealiza colocando las p obe as en un
ambien e con empe a u a y humedad cons an es a
lo la go del ensayo. Es o se puede consegui en una
cáma a climá ica o en desecado es donde se colocan
soluciones de dis in os compues os que p opo cio-
nen humedades ela i as de inidas. La empe a u a se
ija en 21± 1ºC y la humedad ela i a puede ija se
en el alo que se desee, desde alo es bajos has a
p óximos a la sa u ación.
Se pa e de un mínimo de es mues as de amaño y
o ma indicadas (Bole ín PH, nº 22). Al comienzo del
ensayo se de e mina el peso seco de las mues as, y
pos e io men e se si úan en las condiciones indicadas
an e io men e; se de e mina el peso a in e alos de
iempo egula es. El ensayo se p olonga has a que se
alcancen alo es de equilib io, cuando la di e encia en-
e dos pesadas sucesi as sea in e io a 0,1%.
P opiedades híd icas 2ª pa e
Es he On i e os O ega,
Rosa io Villegas Sánchez
IDEA
C i e ios y Mé odos
P og ama de no malización
de es udios p e ios y
con ol de calidad en las
in e enciones:
on inuando con el Subp og ama de No malización de Es udios P e ios y Con ol
de Calidad en las In e enciones, aplicado a Bienes Inmuebles y siguiendo con la
no malización de las écnicas y ensayos pa a la de e minación de las p opiedades híd icas y po o-
me ías (Bole ín PH, nº 22), se ecogen en es e a ículo o as de e minaciones.
C
PH
Bole ín23 41
Resul ados
Los esul ados se pueden exp esa de dos o mas:
a) E olución del con enido de agua a lo la go del
iempo pa a una humedad ela i a de e minada
Se calcula el con enido de agua hig oscópica W
i
( ) así
como la sa u ación S
i
( ), de acue do con las siguien-
es ó mulas:
M
i
( )–M
o
W
i
=–––––––––– x100 (1)
M
o
M
i
( )–M
o
S
i
( )=––––––––– x100 (2)
M
s
–M
o
Donde: M
i
es el peso de la p obe a en cada iempo
M
o
peso seco
M
s
peso sa u ado en agua
El g ado de sa u ación oma alo es en e 0 y 100%, e
indica el po cen aje de po os que es án llenos de agua.
Se ep esen a el con enido de agua en unción del
iempo y se ob iene una cu a de abso ción de agua
o hig oscopicidad. Cada cu a debe lle a indicada la
humedad ela i a a la que se ealiza el ensayo.
b) Con enido de agua en unción de la humedad ela i a
Se calcula el con enido de agua hig oscópica en equi-
lib io pa a cada humedad ela i a W
i
, con la siguien e
ó mula:
M
i
(HR)–M
o
W
i
=––––––––––– x100
M
o
Donde: M
i
es el peso de la p obe a en equilib io
con cada humedad ela i a
M
o
peso seco
Se ep esen a el con enido de agua en unción de la
humedad ela i a del ensayo.
PERMEABILIDAD AL VAPOR DE AGUA
Se de ine pe meabilidad al apo de agua como la
can idad de apo de agua que pasa po unidad de
iempo a a és de un cue po de espeso de e mina-
do en e dos supe icies pa alelas, bajo el e ec o de
una di e encia de p esión pa cial de apo de agua
en e ambas.
P ocedimien o de Ensayo
Es e ensayo pe mi e de e mina el coe icien e de con-
duc i idad de apo de agua de un ma e ial po oso.
El ensayo se lle a a cabo al menos con es mues as
del mismo li o ipo con la o ma y amaño no maliza-
do, se aconsejan mues as de amaño ci cula de 3 a 8
cm de diáme o con el in de e i a p oblemas de
e apo ación la e al. Las mues as secas se si úan co-
mo “ apón” de un aso de ma e ial impe meable
(aluminio, PVC, e c), en cuyo in e io se encuen a
agua desionizada embebida en ma e ial abso ben e
(algodón o celulosa), si uada al menos a dos cen íme-
os de dis ancia de las p obe as. Las dis in as mues-
as deben ajus a se bien pa a consegui que el apo
de agua sólo pase a a és del ma e ial pé eo. Es a
unidad p obe a- aso se pesa y se in oduce en un de-
secado amplio que man enga las condiciones cons-
an es y cuya empe a u a sea de 20±2ºC; es desea-
ble in oduci lo en una cáma a climá ica. Es a célula
comple a se pesa a in e alos egula es de iempo
has a que la di e encia en e pesadas sucesi as sepa a-
das po iempos iguales sea cons an e.
La pe meabilidad al apo de agua se calcula como:
∆
M
Pe m=–––––– (g/cm
2
·h)
S·
Donde:
∆
Mdi e encia de peso en e
dos alo es consecu i os (g)
Ssupe icie de la mues a (cm
2
)
iempo (h)
Si el ensayo se ealiza a empe a u a
dis in a de 20ºC, los da os se deben
co egi según la siguien e ó mula:
Pe m
xºC
·P
20ºC
Pe m
20ºC
=––––––––––––
P
xºC
Siendo P la p esión de apo de agua
pa a cada empe a u a; las p esiones
pa ciales de apo pa a las empe a u as
usuales en labo a o io apa ecen en la
Tabla 1.
DESORCIÓN LIBRE DE AGUA. EVAPORACIÓN
La acción de deso ción de agua o e apo ación es
más compleja que la de so ción de agua, pues o que
es necesa io ompe la a acción en e las moléculas
de agua y la supe icie del sólido. In luye la empe a-
u a, la humedad ela i a y el mo imien o del ai e en
la supe icie del sólido.
Cuando un ma e ial sa u ado de agua se seca, la e a-
po ación iene luga en dos e apas. En la p ime a la
elocidad de secado es cons an e y al a dependiendo
de las condiciones ambien ales ( empe a u a, hume-
dad ela i a, elocidad del ien o, e c). Es a e apo a-
ción iene luga en la supe icie del ma e ial, exis ien-
do un mo imien o de agua líquida desde zonas
in e nas a ex e nas a o ecido po el sis ema po oso.
IDEA
Tabla 1.
P esión pa cial de apo de agua en unción de
la empe a u a
Tempe a u a (ºC) P esión Pa cial de
Vapo de agua (mmHg)
18 15.477
19 16.477
20 17.535
21 18.650
22 19.827
23 21.068
24 22.377
25 23.756
26 25.209
27 26.739
Es e p oceso se man iene igual y
la elocidad de e apo ación cons-
an e mien as exis a con inuidad
en la película de agua líquida. En
es a p ime a e apa son los po os
de mayo diáme o los que su en
el p oceso de e apo ación has a
que se alcanza el con enido c í ico
de agua de la pied a que se p o-
duce en un iempo de e minado
desde el inicio del p oceso, deno-
minado iempo c í ico de secado.
A pa i de es e momen o se pie de la con inuidad
del agua en es ado líquido, iniciándose la segunda
e apa de e apo ación. En es a e apa la elocidad de
secado es mucho más baja y el p oceso de e apo a-
ción se ealiza en el in e io de la pied a. La segunda
ase del secado a a depende no sólo de las condi-
ciones ambien ales sino de la pe meabilidad al apo
de agua del ma e ial.
Cuan o mayo es la elocidad de secado más bajo
se á el con enido c í ico del agua de la pied a. La
e apo ación es más ápida en ma e iales que posean
un coe icien e de pe meabilidad más al o.
P ocedimien o de ensayo
El ensayo debe ealiza se en un ecin o exen o de
co ien es, con olándose la empe a u a a 20± 2ºC
y la humedad a 50±5%.
Pa a comenza , se sa u an las mues as de agua de
o ma lib e (du an e al menos 2 días) o bien al a-
cío. Al comienzo del ensayo las mues as se secan
con un paño húmedo pa a elimina el agua en exce-
so y se pesan. Pos e io men e se si úan sob e una
ejilla de plás ico pa a que la e apo ación enga lu-
ga po igual en oda la supe icie. A in e alos de
iempo iguales se pesan las mues as. El ensayo se
p olonga has a que se alcancen alo es de equilib io,
cuando la di e encia en e dos pesadas sucesi as sea
in e io a 0,1%.
Resul ados
Se calcula el con enido en agua de la mues a w
i
( ) en
unción del iempo. A pa i de es os alo es se ob ie-
nen las cu as de e apo ación en unción del iempo
(Figu a 1). Es con enien e indica la humedad ambien-
e en la que se ha lle ado a cabo el ensayo.
Se calcula la pendien e del amo lineal inicial de la
cu a, que se ía la elocidad de e apo ación de agua,
y se exp esa en g amos de agua/g amos de pied a-
ho a. Asímismo se calcula el con enido c í ico, que es
el con enido esidual de agua una ez alcanzado el
equilib io; se exp esa en %.
ABSORCIÓN DE GOTAS DE AGUA
La elocidad de abso ción de go as de agua se de ine
como el iempo que a da en se abso bida una can-
idad de e minada de agua po la supe icie de un
ma e ial. Es e ensayo es ú il pa a e alua el e ec o de
los a amien os hid ó ugos.
P ocedimien o de ensayo
Se pa e de una p obe a que debe ene una supe i-
cie plana, ho izon al y lo su icien emen e g ande co-
mo pa a que la dis ancia mínima en e dos go as sea
supe io a 0,5 cm. Se pa e de mues as secas.
En la ealización del ensayo se u iliza una mic obu e-
a con un olumen o al de 1ml, si uada a 1 cm de la
supe icie de la mues a. Se colocan go as de 0,01 ml
sob e la supe icie del ma e ial, con una sepa ación
de ap oximadamen e 0,5 cm.
El iempo de abso ción de las go as (
x
) po la su-
pe icie de la pied a se mide con un c onóme o. Se
de e mina de igual mane a el iempo de e apo a-
ción (
e
) de una go a de 0,01 ml sob e una supe i-
cie de id io.
ÁNGULO DE CONTACTO
La medida del ángulo de con ac o de una go a de
agua en la supe icie de un ma e ial pé eo pe mi e
e alua su g ado de hid o epelencia.
La medida del ángulo de con ac o se lle a a cabo se-
gún el siguien e esquema (Figu a 2).
Se mide la al u a (h) y la longi ud de la base en con-
ac o con la supe icie a ada (b), así se de e mina el
ángulo de con ac o, según la siguien e o mula:
42
PH
Bole ín23
IDEA
h
θ
b
Fig. 2. Medida del ángulo de con ac o o mado po el
menisco go a de agua/sopo e pé eo-ai e.
Figu a 1. Cu a de e apo ación de agua
PH
Bole ín23 43
θ2h
Tg ––– = ––––
2 b
Donde: θángulo de con ac o
hal u a de la go a
b
anchu a de la base en con ac o con la supe icie
El ensayo consis e en medi la al u a y la anchu a en la
base que alcanza la go a, ealizándose cinco medidas
como mínimo po p obe a. Se calcula el ángulo de
con ac o de cada go a y la media pa a cada p obe a.
MEDIDA DE LA DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑOS
DE POROS
La po osidad de un ma e ial se de ine como el po -
cen aje en olumen de espacios acíos espec o a su
olumen o al. Los po os en gene al con olan la di-
námica del anspo e de los luidos, sin emba go, si
exis en y no hay in e comunicación en e ellos, es os
no end án incidencia an e enómenos de al e ación.
En el caso de que los po os es én pe ec amen e in-
e conec ados, más que la can idad de po os in luye
su o ma y amaño, que es a lo que se denomina po-
ome ía.
La po osidad es á elacionada con las siguien es pa-
áme os:
a) Densidad eal
M
o
P= ––– (Kg/m
3
)
V
m
donde: M
o
masa seca
V
m
olumen de masa seca.
b) Densidad apa en e
M
o
p= ––– (Kg/m
3
)
V
Donde V
olumen o al de la oca.
c) Po osidad o al
V
h
N
o
= ––– (%)
V
Donde: V
h
Volumen o al de huecos
V
Volumen o al de la oca seca.
e) Po osidad accesible
La po osidad accesible o abie a es la o mada po
los po os que pueden se ocupados po un luido
de e minado. Es la que se de e mina, po ejemplo,
po el mé odo de abso ción de agua a acío (Bole ín
PH, nº 22).
V
a
= M
s
– M
o
Donde: V
a
Volumen de po os accesibles
M
s
Masa de la p obe a sa u ada de agua
M
o
Masa seca
V
h
= V
a
+ V
c
Donde: V
h
Volumen o al de huecos
V
a
Volumen de po os accesibles
V
c
Volumen de po os ce ados
La po osidad de cualquie ma e ial p esen a dos p o-
piedades que es impo an e de ini y que in luyen de
mane a impo an e en el compo amien o del ma e-
ial, que son su geome ía y amaño.
• La geome ía de los po os. La clasi icación más u ili-
zada en ocas sedimen a ias es la de Choque e &
P ay (1970) (Figu a 3).
• El amaño de los po os iene una incidencia impo -
an ísima en el p oceso de deg adación de los ma e-
iales en gene al. En la abla 2 apa ecen las clasi ica-
ciones po amaños de po os más u ilizadas.
A endiendo a la in e conexión en e ellos la po osi-
dad puede se in e clás ica, e icaz o in e comunicada.
IDEA
Fig. 3. Tipos de po osidad según Choque e & P ay (1970).
Tabla 2. Tamaño de po os
TAMAÑO ( adio de po os)
Clasi icación según:
Mac opo os Mesopo os Mic opo os
Choque e & P ay (1970) >4 nm 4nm> adio>60µm < 60µm
IUPAC (1976) >50nm 2nm< adio<50nm <2nm
As hu s & Dimes (1977) >2,5µm – <2,5µm
Pelle ín, O daz & Esbe >7,5µm – <7,5µm
(1985)
44
PH
Bole ín23
TÉCNICAS DE MEDIDA
Las écnicas de es udio de la po osidad de los ma e-
iales son muy a iadas, las más ú iles son las de ipo
indi ec o, que se basan en la imp egnación, succión
capila de agua, adso ción de gases e inyección de
me cu io. Como complemen o a es as écnicas se
u ilizan o as llamadas di ec as que emplean como
u ensilios la mic oscopia óp ica de luz pola izada y
elec ónica de ba ido con o sin análisis digi al de
imágenes.
Median e es ás écnicas se puede de e mina el olu-
men o al de po os exis en es en el ma e ial y algu-
nas de ellas pe mi en cons ui lo que se denomina
“espec o de po osidad” que e leja la dis ibución
del amaño de los po os en %. Ninguna écnica po
sí sola da una in o mación comple a, po lo que es
in e esan e u iliza el máximo núme o de écnicas
pa a ob ene una in o mación lo más amplia posible.
A. Mé odos di ec os
A.1. Mic oscopia óp ica
Pe mi e, en una sección bidimensional, la obse a-
ción del sis ema. Si se digi aliza la imagen omada en
el mic oscopio pe og á ico, se puede disc imina en-
e los po os y la ma iz o cualquie o o componen-
e pe og á ico. Además es a écnica puede cuan i i-
ca el á ea de cada ipo de po o, así como el ac o
de o ma de cada uno, ob eniendose el ” espec o
de po osidad “ de cada ma e ial.
La limi ación de es a écnica es á en la imposibilidad
de pode cuan i ica po os de adio meno de 2,5µm.
A.2. Mic oscopia elec ónica
Es una écnica que pe mi e la obse ación di ec a de
la po osidad pa a amaños de po os meno de 2,5µm
en o ma idimensional. Como en el caso an e io ,
con el análisis digi al de imágenes se puede cuan i ica
y ca ac e iza el sis ema po oso del ma e ial.
B. Mé odos indi ec os
B.1. Mé odo de succión
La po ome ía de succión pe mi e es ablece el diá-
me o, olumen de po os y dis ibución de amaños.
El p ocedimien o se basa en la de e minación del
agua e enida po el ma e ial bajo la aplicación de di-
e en es p esiones de succión (pF). La succión se mi-
de como al u a y ep esen a la p esión nega i a que
e iene el agua en los po os. A medida que la oca
se seca el agua se con ina po succión capila en po-
os cada ez de meno amaño, po con enio se ex-
p esa en escala loga í mica.
pF= – log h
2σcosθ
h= ––––––––
ρ.g.
Donde ρdensidad del luido
σ ensión supe icial
c ángulo de con ac o.
gg a edad
adio de po o
gacele ación de la g a edad
Es deci , exis e una elación en e el amaño de los
po os donde queda e enida el agua pa a cada alo
de la p esión de succión.
Las no ma i as No mal I.4 y Rilem 25 PEM es able-
cen es mé odos de succión :
Mé odo de la placa. Es e mé odo pe mi e de e mi-
na la elación en e la succión y el con enido en
agua de un ma e ial po oso pa a alo es de p esión
de succión (pF) comp endidos en e 0 y 3 y de e -
mina angos de amaños de po o comp endido en-
e 2979 µm y 2,95 µm.
Mé odo de la memb ana de p esión. Es e mé odo
mide los mismos pa áme os que el an e io , pe o
los alo es de pF es án en e 3 y 4, 5, lo que pe mi e
de e mina amaños de po o comp endidos en e
2,95 y 0,19 µm.
Mé odo del desecado al acío. Pe mi e de e mi-
na la elación en e la succión y el con enido en
agua de una pied a po osa pa a alo es de pF com-
p endidos en e 4, 5 y 7, lo que pe mi e calcula la
dis ibución del olumen de po os de diáme o me-
no a 0,052.
IDEA
Po osime ía de Hg
SEM
Mic oscop. óp ica
Obse . Di ec a
Volumen (%)
0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 10000
Figu a 4. Lími es de medida del amaño de po os de las écnicas más u ilizadas.
Adso ción de gases
Radio (10-3 mm

PH
Bole ín23 45
Todos los mé odos se basan en medi el con enido de
agua de la mues a pa a cada alo de la succión, lo que
pe mi e calcula el olumen de po os de cada amaño.
B.2. Abso ción de ni ógeno
Es a écnica pe mi e de e mina el olumen de po-
os de un ango de amaños que oscila en e 2nm y
500nm (mic opo os o mesopo os).
El p ocedimien o se basa en medi la can idad de gas
o apo abso bida po un sólido po oso en unción
de la p esión, a empe a u a cons an e; a es o se le
denomina iso e ma de abso ción. Exis e una elación
en e la p esión eje cida po el gas y el amaño de
los po os en los que és e pene a. Conociendo el
olumen de gas que es abso bido pa a cada p esión
se puede calcula el olumen de po os del amaño
co espondien e a esa p esión.
Con es a écnica se pueden emplea un núme o im-
po an e de gases como adso ba o; sin emba go es
con el ni ógeno con el que se ob ienen esul ados
más sa is ac o ios.
B.3. Picnome ía de Helio
El helio es un gas con un amaño molecula muy pe-
queño y esul a muy ú il pa a de e mina el olumen
o al de po os exis en es en un ma e ial, debido a
que al pone se en con ac o con un sólido po oso
ocupa odos los huecos del mismo. Se u iliza pa a
de e mina la po osidad o al de la mues a, siguien-
do un p ocedimien o semejan e al de abso ción de
agua a acío (Bole ín PH, nº 22).
B.4. Di acción de ayos X de bajo ángulo
El mé odo consis e en some e el ma e ial a una a-
diación X de bajo ángulo de incidencia (<2º). Es e
haz de ayos X p oduce una di acción en de e mina-
das di ecciones, cuya in ensidad pe mi e ob ene con-
clusiones sob e el ni el de compac ación y po osidad
del ma e ial. Es e mé odo pe mi e medi po os con
un ango de amaño comp endido en e 0,5-50 nm.
B.5. Po osime ía de Hg.
Es a écnica pe mi e es udia el sis ema po oso me-
dian e la inyección iso é mica o isobá ica de me cu-
io, g acias a la ele ada ensión supe icial de és e,
que impide que el líquido moje.
Cuando se iene un ubo capila de adio en con-
ac o con un líquido que no moja, exis e una elación
en e la p esión que es necesa io eje ce pa a que el
líquido en e en él.
El ensayo consis e en de e mina el olumen de me -
cu io que se in oduce en la mues a pa a cada alo
de la p esión eje cida, con lo cual se conoce el olu-
men de los po os de cada amaño. De es a o ma se
pueden ob ene las cu as de dis ibución de ama-
ños de po os (Figu a 5).
Figu a 5. Cu a de dis ibución de amaño de acceso de po o a pa i de
la cu a de in usión de me cu io.
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Bibliog a ía
IDEA