Pesos Unitarios en Geotecnia: Definición, ejemplos y guía de Valores Típicos para Suelos

 

El peso unitario (también llamado peso volumétrico o γ) es una magnitud que usamos en geotecnia para relacionar el peso de una porción de suelo con su volumen. Es, en esencia, el peso por unidad de volumen y se expresa comúnmente en kN/m³ (kilonewtons por metro cúbico). Entenderlo es clave porque con él calculamos presiones a una profundidad dada, verificamos capacidad portante, estimamos esfuerzos en cimentaciones y dimensionamos estructuras de contención.

La letra griega que se usa para el peso unitario es gamma (γ)

---

Tipos de pesos unitarios que encontrarás

Antes de ir a las fórmulas, conviene diferenciar las variantes más usadas:

• Peso unitario seco (γd​): peso del suelo sin el agua contenida.

• Peso unitario húmedo o natural (γ): peso total (sólidos + agua) por volumen.

• Peso unitario saturado (γsat​): cuando los poros están completamente llenos de agua.

• Peso sumergido o peso unitario efectivo (γ′): 
  $\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w$$\gamma_w$

Estas diferencias son importantes porque la presencia de agua modifica la carga efectiva transmitida al esqueleto del suelo.

---

Fórmulas básicas

1. Definición

$$\gamma = \frac{W}{V}$$

donde 

$W$$V$

2. Relación con la densidad (ρ)
   Si conoces la densidad en kg/m³:

$$\gamma = \rho \cdot g \quad (\text{en N/m}^3)$$

y para pasar a kN/m³ dividimos entre 1000:

$$\gamma \;(\text{kN/m}^3) = \frac{\rho \cdot g}{1000}$$

con 

$g = 9{.}81\ \text{m/s}^2$

3. Relación con contenido de humedad w
   Si γ es el peso total y w el contenido de humedad (decimal), entonces:

$$\gamma = \gamma_{dry} \cdot (1 + w)$$

y por tanto:

$$\gamma_{dry} = \frac{\gamma}{1 + w}$$

4. Peso sumergido (efectivo)

$$\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w$$

con 

$\gamma_w \approx 9{.}81\ \text{kN/m}^3$

5. Presión vertical a profundidad z
   $(solo\; por\; peso\; propio):$

$$\sigma_v = \gamma \cdot z$$

(1 kN/m³ × 1 m = 1 kPa).

---

Métodos de medida prácticos 

• Corte por cilindro : se extrae un volumen conocido y se pesa; ideal en suelos granulares.

• Cono de arena (sand cone): para determinar la densidad in situ de compactación.

• Muestra, secado y pesaje: en laboratorio se seca la muestra para determinar contenido de humedad y densidad seca.

---

Ejemplos resueltos — paso a paso

Ejemplo 1 — Calcular el peso unitario a partir de masa y volumen

Tienes una muestra con:

• masa 
  $m = 1500\ \text{kg}$

• volumen 
  $V = 0{.}9\ \text{m}^3$

Primero calculamos el peso en newtons:

$$W = m \cdot g = 1500 \cdot 9{.}81 = 14\,715\ \text{N}$$

Convertimos a kilonewtons:

$$W = 14{.}715\ \text{kN}$$

Finalmente:

$$\gamma = \frac{W\ (\text{kN})}{V} = \frac{14{.}715}{0{.}9} = 16{.}35\ \text{kN/m}^3$$

Resultado:

$\gamma \approx 16{.}35\ \text{kN/m}^3$

---

Ejemplo 2 — Convertir densidad (ρ) a peso unitario

Supongamos densidad de partículas del suelo (ideas para suelos compactos):

• $\rho = 2000\ \text{kg/m}^3$

  
  

Uso la fórmula:

$$\gamma = \frac{\rho \cdot g}{1000} = \frac{2000 \cdot 9{.}81}{1000}$$

Calculo intermedio:

$2000 \cdot 9{.}81 = 19{,}620\ \text{N/m}^3$$19{.}62\ \text{kN/m}^3$

Resultado:

$\gamma = 19{.}62\ \text{kN/m}^3$

---

Ejemplo 3 — De peso natural a peso seco (contenido de humedad)

Tenemos:

• Peso natural 
  $\gamma = 18{.}0\ \text{kN/m}^3$

• Contenido de humedad 
  $w = 12\% = 0{.}12$

Usamos:

$$\gamma_{dry} = \frac{\gamma}{1 + w} = \frac{18{.}0}{1{.}12}$$

Cálculo:

$$1{.}12 = 1 + 0{.}12$$$$\gamma_{dry} = 18{.}0 / 1{.}12 \approx 16{.}07\ \text{kN/m}^3$$

Resultado:

$\gamma_{dry} \approx 16{.}07\ \text{kN/m}^3$

---

Ejemplo 4 — Peso sumergido

Si conoces el peso saturado 

$\gamma_{sat} = 20{.}0\ \text{kN/m}^3$

$$\gamma' = \gamma_{sat} - \gamma_w = 20{.}0 - 9{.}81 = 10{.}19\ \text{kN/m}^3$$

Resultado:

$\gamma' \approx 10{.}19\ \text{kN/m}^3$

---

Ejemplo 5 — Esfuerzo vertical por peso propio a profundidad

Con 

$\gamma = 18\ \text{kN/m}^3$$z = 5\ \text{m}$

$$\sigma_v = \gamma \cdot z = 18 \cdot 5 = 90\ \text{kPa}$$

Resultado: A 5 m de profundidad el esfuerzo vertical (por peso propio) es 90 kPa.

---

Consejos prácticos y errores comunes

• No confundas densidad (kg/m³) con peso unitario (kN/m³). La conversión requiere multiplicar por g y dividir entre 1000.

• Mide bien el contenido de humedad: la diferencia entre peso natural y peso seco depende directamente de w.

• Ten en cuenta el nivel freático: por debajo del nivel freático las presiones efectivas disminuyen porque parte del peso es asumido por el agua.

• En suelos heterogéneos, calcula pesos por estratos y suma contribuciones si necesitas esfuerzos a profundidad.

___________________________________________________________________________________

Pesos unitarios típicos para suelos y otros materiales (orientativos)

A continuación se muestran valores típicos de densidades y pesos unitarios de materiales utilizados en ingeniería : 

Otros valores de referencia : 

BS 8002:1994

NORMATIVIDAD 

Esta norma tiene por objeto establecer el método para determinar la densidad bulk (peso unitario) de agregados finos, gruesos o una mezcla de ambos, en condición suelta o compacta:

PONTE A PRUEBA

1. ¿Qué representa el peso unitario (γ) en geotecnia? 

A) La resistencia al corte del suelo
B) El peso de un suelo por unidad de volumen 
C) La densidad relativa de los granos minerales
D) La humedad óptima del suelo

---

2. Si un molde cilíndrico lleno de suelo húmedo pesa 18.5 kg y su volumen es 0.01 m³, ¿cuál es el peso unitario húmedo del suelo?

A) 1.85 kN/m³
B) 18.5 kN/m³ 
C) 0.185 kN/m³
D) 185 kN/m³

---

3. ¿Cuál de las siguientes unidades es la más común para expresar el peso unitario en geotecnia?

A) N/m²
B) kN/m³ 
C) kg/m
D) Pa

---

4. ¿Por qué es importante conocer el peso unitario de un suelo?

A) Para calcular presiones a profundidad y diseñar cimentaciones 
B) Para determinar el color del suelo
C) Para clasificar el suelo según el Sistema Unificado de Clasificación
D) Para predecir la erosión eólica

---

5. ¿Qué letra griega se utiliza tradicionalmente para representar el peso unitario en fórmulas de geotecnia?

A) β
B) γ 
C) λ
D) θ

6. ¿Qué equipo se utiliza comúnmente en laboratorio para determinar el peso unitario de un suelo?

A) Balanza digital y molde cilíndrico 
B) Compactador Proctor
C) Penetrómetro
D) Tamiz No. 200

7. ¿Cuál de los siguientes factores puede afectar el peso unitario de un suelo en campo?

A) Humedad, grado de compactación y tipo de suelo 
B) Temperatura del aire
C) Color del suelo
D) Orientación del terreno

8. Un suelo tiene un peso unitario de 18 kN/m³. Convierte este valor a g/cm³.

A) 1.8 g/cm³ 
B) 0.18 g/cm³
C) 18 g/cm³
D) 0.018 g/cm³

---

9. Un suelo pesa 19.2 kN/m³. ¿Cuál es su valor en kg/m³?

A) 192 kg/m³
B) 1920 kg/m³
C) 19200 kg/m³ 
D) 192000 kg/m³

Referencias bibliográficas

1. Das, B. M. (2015). Principles of Geotechnical Engineering (9th ed.). Cengage Learning.

2. Coduto, D. P., Yeung, M. R., & Kitch, W. A. (2016). Geotechnical Engineering: Principles and Practices (3rd ed.). Pearson.

3. Holtz, R. D., Kovacs, W. D., & Sheahan, T. C. (2011). An Introduction to Geotechnical Engineering (2nd ed.). Pearson.

4. Lambe, T. W., & Whitman, R. V. (1969). Soil Mechanics. John Wiley & Sons.

5. Terzaghi, K., Peck, R. B., & Mesri, G. (1996). Soil Mechanics in Engineering Practice (3rd ed.). Wiley-Interscience.

6. Head, K. H. (2006). Manual of Soil Laboratory Testing: Volume 1 – Soil Classification and Compaction Tests (3rd ed.). Whittles Publishing.

7. ASTM D854-14. (2014). Standard Test Methods for Specific Gravity of Soil Solids by Water Pycnometer. ASTM International.

8. ASTM D7263-21. (2021). Standard Test Methods for Laboratory Determination of Density (Unit Weight) of Soil Specimens. ASTM International.

9. ISO 17892-2:2014. Geotechnical investigation and testing — Laboratory testing of soil — Part 2: Determination of bulk density. International Organization for Standardization.

10. Bowles, J. E. (1996). Foundation Analysis and Design (5th ed.). McGraw-Hill.

11. Budhu, M. (2015). Soil Mechanics Fundamentals (3rd ed.). Wiley.

12. NAVFAC DM-7.01. (1982). Soil Mechanics. Naval Facilities Engineering Command, Department of the Navy.

13.  ASTM C 29/C 29M – 09

14. BS 8002:1994

15. UNIVERSIDAD TÉCNICA PARTICULAR DE LOJA, VASTM C – 29 – 1 – A