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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
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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*
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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*
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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*
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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*
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pr!#le$as de capilaridad en la c!ns%rcci&nna de los grandes pro!lemas que tiene el proceso de capilaridad del
agua )reática en la construcci'n( es que al su!ir esta agua( se
%umedecen los cimientos de las di)erentes estructuras( proocando la
corrosi'n del acero de re)uer,o en los cimientos( y algunas eces esta
agua )reática( cuando los nieles son muy altos( alcan,a a su!ir por
capilaridad a las paredes de la edi)icaci'n( generándose pro!lemas en
los ladrillos y los aca!ados de la edi)icaci'n* na soluci'n a este
pro!lema es cam!iar el suelo so!re el que descansa el cimiento( por
un suelo más grueso( que no permita la capilaridad del agua )reática*
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En la construcci'n de calles( carreteras( autopistas( pistas de
aterri,a/e es importante tener en cuenta el agua capilar e-istente en
el terreno de )undaci'n que queda encima de la napa )reática* na
soluci'n al pro!lema es colocar capas granulares so!re la
su!rasante( lo cual impide la capilaridad del agua )reática*
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En suelos de granulometr$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*
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• 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$quido a!ierto al aire( que se encuentran
en la inmediata ecindad con la pared s'lida están solicitadas por
)uer,as de 2 tipos co%esi'n y ad%esi'n*
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Si las )uer,as de ad%esi'n son mayores que las de co%esi'n( se )orman
los meniscos c'ncaos( en cam!io si las )uer,a de co%esi'n son mayores
que las de ad%esi'n( se )orman los meniscos cone-os*
+a )orma de los meniscos #c'ncaos o cone-os& dependen de la
naturale,a del l$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
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+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
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+a capilaridad es el )en'meno de!ido a la tensi'n super)icial( en
irtud del cual un l$quido asciende por tu!os de peque"o
diámetro y por entre láminas muy pr'-imas*
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Tensi&n sper-icial+as molculas de la capa superior del agua están por una parte atra$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*
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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$quidos en los
tu!os capilares y de la )lotaci'n de o!/etos u organismos en la
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Tensi&n sper-icialSe denomina tensi'n super)icial al )en'meno por el cual la super)icie de un
l$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*
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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$quido y
el gas*
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Energticamente( las molculas situadas en la super)icie tiene una mayor energ$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$nimo posi!le*
+a tensi'n super)icial es la )uer,a que act8a paralelamente a la super)icie del
agua( esta tensi'n es de!ida a la atracci'n molecular de agua que se
encuentra desequili!rada en la super)icie de separaci'n entre el aire y el
agua en los pros del suelo*
El alor de la tensi'n super)icial se considera 0*0: gr4cm
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+a )uer,a que /ala %acia arri!a es la componente ertical de la tensi'n
super)icial ;s* +a tensi'n super)icial es la )uer,a que act8a so!re la
super)icie de un liquido en contacto con un gas act8a para minimi,ar su
área* Si el ángulo entre el menisco y la pared del tu!o es a entonces la
)uer,a %acia arri!a es ;s < =osa*
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El agua en la arena se muee %acia arri!a de la super)icie )reática en lacolumna de arena* +as trayectorias entre los granos act8an como
capilares* >e esto se sigue que el agua puede )luir %acia arri!a dado
que la presi'n en estas ,ona es menor que la atmos)rica
Materiales con componentes )inos ocasionan que el agua )luya %acia
arri!a mas allá que lo que podr$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
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Tensi!n sper-icial
El tra!a/o necesario para aumentar el área de una super)icie l$quida(
resulta ser e-perimentalmente proporcional al aumento( de)inindose
como coe)iciente de tensi'n super)icial la relaci'n entre am!os
conceptos*
;s ? d@ 4d.
d@ ? di)erencial de tra!a/o
d. ? di)erencial de área
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=uando un l$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
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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*
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La al%ra capilar del a"a en n %#! capilar de .idri! se de%er$ina
+a presi'n 2 en el punto M antes de
que el agua ascienda es
2 ? pa A 2 ; sR
.demás se sa!e que
=os α ? r
R
R ? r
cosα
2 ? pa A 2 ; s c o s α r
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pero cuando asciende y se alcan,a el equili!rio la presi'n en M1 de!e ser laatmos)rica( luego se tendrá
resi'n en M1 es 2 B γ @ %
a ? 2 B γ @ %
+uego reempla,ando 2 (se tiene
pa ? pa A 2 ; s c o s α B γ @ %
r
u ? % γ @ es)uer,o de tensi'n
El es)uer,o de tensi'n del agua en cualquier punto de la columna está dadopor el producto de la distancia ertical del punto a la super)icie li!re del
l$quido y el peso espec$)ico del mismo*
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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 $*, dinas#cm)
% ? 2 ; s c o s α r γ @
% ? altura que de!e ascender el agua en el tu!o capilar
;s ? tensi'n super)icial
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En realidad ;s ar$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
> >
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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
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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$culas s'lidas del suelo #presi'n %idrostática&* +uego el suelo empie,a
a secarse por cualquier causa( que generalmente es el calentamiento por
el sol( y el agua que %ay en el suelo se eapora( la masa de suelo trata de
tomar su niel )reático normal( de esta manera las aguas empie,an a
!a/ar( creándose una presi'n capilar dentro del suelo( lo que produce
es)uer,os de compresi'n en el suelo( pasando este de la presi'n
%idrostática #cuando el suelo esta!a saturado&( a un es)uer,o de tensi'n
super)icial #al tener el )en'meno de capilaridad del agua&* >e esta manerael suelo entra en un proceso de contracci'n*
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Hay que tener en cuenta que el suelo de!e ser un suelo )ino( para
poder producir el proceso de capilaridad( y de esta manera crear la
tensi'n super)icial necesaria para que el suelo se contraiga* El proceso
de la retracci'n del agua %acia el interior no se %ará simultáneamente
en toda la masa de suelo( de!ido a que la masa de suelo tiene
di)erentes diámetros de poros( produciendo tu!os capilares de
di)erentes diámetros( !a/ando primero el agua que se encuentra en los
canal$culos más gruesos #Especie de tu!os capilares )ormados por los
poros del suelo&*
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