Capilaridad de Sulos

7/21/2019 Capilaridad de Sulos

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CURSO: Mecánica de Suelos

DOCENTE: Freddy Quispe Supo

“TRABAJO ENCARGADO DE CAPILARIDAD”

PRESENTADO POR: Romy Hancco Soncco

CÓDIGO: 130229



CAPILARIDAD DE SUELOS

El proceso de capilaridad es el ascenso que tiene el agua

cuando se introduce erticalmente un tu!o de idrio de

diámetro peque"o #desde unos mil$metros %asta micras

de tama"o& en un dep'sito lleno de agua( el agua su!een el tu!o %asta una determinada altura y se )orma un

menisco c'ncao( esta altura es inersamente

proporcional al diámetro del tu!o*

+a altura capilar que alcan,a el agua en el suelo( se

determina considerando una masa de suelo con una

gran red de tu!os capilares )ormados por los ac$os

e-istentes en su masa*



capilaridad en sel!s

.l contrario de los tu!os capilares( los ac$os en

suelos tienen anc%o aria!le y se comunican entre s$

)ormando un enre/ado* Si este enre/ado se comunica

por a!a/o con el agua( su parte in)erior se satura

completamente* Más arri!a el agua solo ocupa los

acios peque"os y los mayores quedan con aire*



El a"a capilar es la )racci'n del agua que ocupa los microporos( se

mantiene en el suelo gracias a las )uer,as deriadas de la tensi'n

super)icial del agua* Es aquella que se elea so!re el niel de agua

li!re graitacional( es decir por encima del niel en el cual la presi'n

es igual a la atmos)rica( %asta la ,ona de aireaci'n no saturada*



En conclusi'n podemos decir que la capilaridad del agua dentro de unsuelo( produce unos es)uer,os de tensi'n( los cuales generarán la

compresi'n de este* ara que se presente la capilaridad del agua )reática

en un suelo( se de!e tener en cuenta que el suelo de!e ser )ino( de tal

manera que los poros que %aya entre las partes s'lidas del suelo( sea tan

peque"o como un tu!o capilar* Si tenemos un suelo como una graa

gruesa( no se producirá el )en'meno de capilaridad( por lo que estos

suelos se utili,an en la construcci'n cuando se tienen nieles )reáticos

altos*



pr!#le$as de capilaridad en la c!ns%rcci&nna de los grandes pro!lemas que tiene el proceso de capilaridad del

agua )reática en la construcci'n( es que al su!ir esta agua( se

%umedecen los cimientos de las di)erentes estructuras( proocando la

corrosi'n del acero de re)uer,o en los cimientos( y algunas eces esta

agua )reática( cuando los nieles son muy altos( alcan,a a su!ir por

capilaridad a las paredes de la edi)icaci'n( generándose pro!lemas en

los ladrillos y los aca!ados de la edi)icaci'n* na soluci'n a este

pro!lema es cam!iar el suelo so!re el que descansa el cimiento( por

un suelo más grueso( que no permita la capilaridad del agua )reática*



En la construcci'n de calles( carreteras( autopistas( pistas de

aterri,a/e es importante tener en cuenta el agua capilar e-istente en

el terreno de )undaci'n que queda encima de la napa )reática* na

soluci'n al pro!lema es colocar capas granulares so!re la

su!rasante( lo cual impide la capilaridad del agua )reática*



En suelos de granulometr$a )ina #limos( arcillas& los ac$os son de

diámetro reducido por lo tanto la altura capilar es mayor y en los suelos

de granulometr$a gruesa la altura capilar es menor*



• La cohesión:atracción entre moléculasiguales(enestecasoesdebidaalaaccióndelasrestantesmoléculasdel líquido).La adhesión: atracción entre moléculas

•

diferentes (en este caso es ejercidapordel

las moléculas de las paredes

recipiente).

'er(as de c!)esi&n * de ad)esi&n+as molculas super)iciales del l$quido a!ierto al aire( que se encuentran

en la inmediata ecindad con la pared s'lida están solicitadas por

)uer,as de 2 tipos co%esi'n y ad%esi'n*



Si las )uer,as de ad%esi'n son mayores que las de co%esi'n( se )orman

los meniscos c'ncaos( en cam!io si las )uer,a de co%esi'n son mayores

que las de ad%esi'n( se )orman los meniscos cone-os*

+a )orma de los meniscos #c'ncaos o cone-os& dependen de la

naturale,a del l$quido y del material que constituya la pares del recipiente(

por e/emplo el agua )orma meniscos c'ncaos con el idrio( en cam!io el

mercurio )orma meniscos cone-os con el idrio*

El ángulo que )orma el menisco con la

pared del recipiente se denomina ángulo

de contacto y se representa por α



+n"l! de c!n%ac%! ,El ángulo de contacto es el ángulo en el cual entran en contacto una

inter)ase l$quida4gaseosa con una super)icie s'lida( el ángulo de

contacto es espec$)ico para un sistema dado y está determinado por las

interacciones entre las inter)aces participantes* El ángulo de contacto

se mide con un aparato llamado goni'metro*

Si α 5 906 el menisco es c'ncao(

y si α 7 906 el menisco es

cone-o* El alor de α se

apro-ima a 06 entre el idrio limpio

%8medo y agua destilada



+a capilaridad es el )en'meno de!ido a la tensi'n super)icial( en

irtud del cual un l$quido asciende por tu!os de peque"o

diámetro y por entre láminas muy pr'-imas*



Tensi&n sper-icial+as molculas de la capa superior del agua están por una parte atra$das

entre si y por otra parte atra$das por las molculas de la capa in)erior

)ormándose en la super)icie como una pel$cula que es di)$cil de romper*

+a energ$a necesaria para romper esta capa por unidad de área se

conoce como tensi'n super)icial*



supercie de los líquidos.

+a tensi'n super)icial es responsa!le de la resistencia que un l$quido

presenta a la penetraci'n de su super)icie( de la tendencia a la )orma

es)rica de las gotas de un l$quido( del ascenso de los l$quidos en los

tu!os capilares y de la )lotaci'n de o!/etos u organismos en la



Tensi&n sper-icialSe denomina tensi'n super)icial al )en'meno por el cual la super)icie de un

l$quido tiende a comportarse como si )uera una delgada pel$cula elástica * +a

super)icie( en e, de aplanarse( tiende a curarse( para que toda ella contenga el

m$nimo posi!le de energ$a*

. niel microsc'pico( la tensi'n super)icial se de!e a que las )uer,as que a)ectan

a cada molcula son di)erentes en el interior del l$quido y en la super)icie* .s$

en el seno de un l$quido cada molcula está sometida a )uer,as de atracci'n

que en promedio se anulan* Esto permite que la molcula tenga una energ$a

!astante !a/a* Sin em!argo( en la super)icie %ay una )uer,a neta %acia el interior

del liquido*



La tensión supercial tiene como principal

efecto la tendencia del líquido a disminuir

en lo posible su supercieparaun

olumen dado! de aquí que un líquido en

ausenciadegraedad adoptela formamenor

esférica! que es la que tiene

relación"rea#olumen.

Rigurosamente( si en el e-terior del l$quido se tiene un gas( e-istirá una

m$nima )uer,a %acia el e-terior( aunque en la realidad esta )uer,a es

desprecia!le de!ido a la gran di)erencia de densidades entre el l$quido y

el gas*



Energticamente( las molculas situadas en la super)icie tiene una mayor energ$a promedio que las situadas en el interior( por lo tanto la tendencia del

sistema será a disminuir la energ$a total( y ello se logra disminuyendo el

n8mero de molculas situadas en la super)icie( de a%$ la reducci'n del área

%asta el m$nimo posi!le*

+a tensi'n super)icial es la )uer,a que act8a paralelamente a la super)icie del

agua( esta tensi'n es de!ida a la atracci'n molecular de agua que se

encuentra desequili!rada en la super)icie de separaci'n entre el aire y el

agua en los pros del suelo*

El alor de la tensi'n super)icial se considera 0*0: gr4cm



+a )uer,a que /ala %acia arri!a es la componente ertical de la tensi'n

super)icial ;s* +a tensi'n super)icial es la )uer,a que act8a so!re la

super)icie de un liquido en contacto con un gas act8a para minimi,ar su

área* Si el ángulo entre el menisco y la pared del tu!o es a entonces la

)uer,a %acia arri!a es ;s < =osa*



El agua en la arena se muee %acia arri!a de la super)icie )reática en lacolumna de arena* +as trayectorias entre los granos act8an como

capilares* >e esto se sigue que el agua puede )luir %acia arri!a dado

que la presi'n en estas ,ona es menor que la atmos)rica

Materiales con componentes )inos ocasionan que el agua )luya %acia

arri!a mas allá que lo que podr$a %acer el agua en materiales con

componentes mas gruesos

Si un suelo tiene una me,cla de componentes de distintos tama"os( la

tendencia del agua será moerse mas arri!a en la ,ona donde los

componentes sean más )inos



Tensi!n sper-icial

El tra!a/o necesario para aumentar el área de una super)icie l$quida(

resulta ser e-perimentalmente proporcional al aumento( de)inindose

como coe)iciente de tensi'n super)icial la relaci'n entre am!os

conceptos*

;s ? d@ 4d.

d@ ? di)erencial de tra!a/o

d. ? di)erencial de área



=uando un l$quido presenta al aire una super)icie cura( se genera en ese

menisco curo un desniel de presi'n( de modo que la presi'n en el lado

cone-o es siempre menor que la e-istente en el lado c'ncao*

En el lado cone-o del tu!o e-iste la presi'n p( mientras en el c'ncao

e-iste la presi'n pa #presi'n atmos)rica&( de modo que

? pa A 2 ; s

R



Ascensi&n capilar +a ascensi'n capilar del agua en un suelo que se encuentra so!re el

niel )reático su!terráneo se de!e al e)ecto com!inado de la tensi'n

capilar y la presi'n %idrostática* +uego la altura capilar se determina

igualando la presi'n %idrostática y la tensi'n capilar má-ima*



La al%ra capilar del a"a en n %#! capilar de .idri! se de%er$ina

+a presi'n 2 en el punto M antes de

que el agua ascienda es

2 ? pa A 2 ; sR

.demás se sa!e que

=os α ? r

R

R ? r

cosα

2 ? pa A 2 ; s c o s α r



pero cuando asciende y se alcan,a el equili!rio la presi'n en M1 de!e ser laatmos)rica( luego se tendrá

resi'n en M1 es 2 B γ @ %

a ? 2 B γ @ %

+uego reempla,ando 2 (se tiene

pa ? pa A 2 ; s c o s α B γ @ %

r

u ? % γ @ es)uer,o de tensi'n

El es)uer,o de tensi'n del agua en cualquier punto de la columna está dadopor el producto de la distancia ertical del punto a la super)icie li!re del

l$quido y el peso espec$)ico del mismo*



r $$% $

radio del tubo capilar"ngulo de contactopeso especíco del agua

&n el caso del contacto agua 'aire! la tensión supercial se

considera s $ .*+ gr#cm.( s $*, dinas#cm)

% ? 2 ; s c o s α r γ @

% ? altura que de!e ascender el agua en el tu!o capilar

;s ? tensi'n super)icial



En realidad ;s ar$a con la temperatura del agua y no tiene alor )i/o(el alor anterior corresponde apro-imadamente a 206 =( por otra

parte en el lado de agua so!re idrio %8medo se io que el ángulo de

contacto α es nulo( luego

% ? 2 ;sr

% ? 2 ;s < 2 ? C ;s ? C

r < 2 2 r >

si ;s ? 0*0C

% ? C < 0*0C ? 0*3

> >



Al%ra capilar en el sel!+a altura capilar de un suelo( se puede estimar %c en cent$metros( en

)unci'n de la relaci'n de acios y del diámetro e)ectio de las part$culas

%c ? c *

e >10

= constante que ar$a de 0*1 a 0*:

e relaci'n de ac$os

>10 tama"o e)ectio



C!n%racci&n de sel!s -in!s p!r e-ec%! de la capilaridadSi el suelo está saturado( el agua e/erce una )uer,a de separaci'n entre las

part$culas s'lidas del suelo #presi'n %idrostática&* +uego el suelo empie,a

a secarse por cualquier causa( que generalmente es el calentamiento por

el sol( y el agua que %ay en el suelo se eapora( la masa de suelo trata de

tomar su niel )reático normal( de esta manera las aguas empie,an a

!a/ar( creándose una presi'n capilar dentro del suelo( lo que produce

es)uer,os de compresi'n en el suelo( pasando este de la presi'n

%idrostática #cuando el suelo esta!a saturado&( a un es)uer,o de tensi'n

super)icial #al tener el )en'meno de capilaridad del agua&* >e esta manerael suelo entra en un proceso de contracci'n*



Hay que tener en cuenta que el suelo de!e ser un suelo )ino( para

poder producir el proceso de capilaridad( y de esta manera crear la

tensi'n super)icial necesaria para que el suelo se contraiga* El proceso

de la retracci'n del agua %acia el interior no se %ará simultáneamente

en toda la masa de suelo( de!ido a que la masa de suelo tiene

di)erentes diámetros de poros( produciendo tu!os capilares de

di)erentes diámetros( !a/ando primero el agua que se encuentra en los

canal$culos más gruesos #Especie de tu!os capilares )ormados por los

poros del suelo&*

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