capilaridad en los suelos, mecanica de suelos

capilaridad

1. MECÁNICA DE SUELOS Mg. Ing. Nixon B. Peche Melo [email protected]

2. II UNIDAD CLASIFICACIÓN DE SUELOS

3. II UNIDAD: CLASIFICACIÓN DE SUELOS Al finalizar la unidad, el estudiante elabora un informe, de granulometría, límites de consistencia y clasificación de suelos por SUCS y AASHTO, a partir de resultados de ensayos de laboratorio; con base a criterios de precisión en los resultados, conclusiones y sustento teórico.

4. SEMANA 08 EL FENÓMENO CAPILAR, TENSIÓN SUPERFICIAL, ÁNGULO DE CONTACTO, ASCENSIÓN CAPILAR. LEY DE DARCY PERMEABILIDAD DEL SUELO, MÉTODOS DIRECTOS E INDIRECTOS PARA DETERMINAR EL COEFICIENTE DE PERMEABILIDAD. EVALUACIÓN T2 .

5. LOGRO DE SESIÓN AL FINALIZAR LA SESIÓN, EL ESTUDIANTE CONOCERÁ EL FENÓMENO DE CAPILARIDAD Y TENSIÓN SUPERFICIAL. .

6. Mg. Ing. Nixon B. Peche Melo [email protected] TENSIÓN SUPERFICIAL

7. Es probable que cuando has estado en el campo te hayas encontrado en aguas tranquilas de estanques, charcas o ríos con insectos que caminan o toman el sol tranquilamente sobre la superficie del agua sin hundirse: Da la impresión que la parte superior del agua, la que está en contacto con el aire tiene una fina envoltura elástica muy fina y transparente. Para estos insectos, la superficie del agua es como un gran colchón de agua.

8. ¿PORQUÉ SUCEDEN ESTOS FENÓMENOS?

9. FUERZAS DE INTERACCIÓN Las fuerzas intermoleculares son la fuerzas con las que se atraen las moléculas de un mismo tipo. El término cohesión equivale a un grupo de fuerzas intermoleculares de atracción. COHESIÓN ADHESIÓN Se le llama adhesión molecular a la fuerza de atracción entre moléculas de diferente tipo. 

10. TENSIÓN SUPERFICIAL A nivel microscópico, la tensión superficial se debe a que las fuerzas que afectan a cada molécula son diferentes en el interior del líquido y en la superficie. Así, en el interior de un líquido cada molécula está sometida a fuerzas de atracción que en promedio se anulan.

11. Las moléculas en el interior de un líquido como el agua, están rodeadas de otras moléculas iguales y entonces podríamos decir que las fuerzas de interacción sobre una de ellas se cancelan, lo que pone a la molécula en un estado de baja energía. Por el contrario las moléculas de la superficie del líquido, al no tener vecinas en la parte superior, están en un estado de mayor energía, debido al desbalance de fuerza de cohesión hacia el interior del líquido. 

12. La tensión superficial actúa como una película en la interfaz entre la superficie del agua liquida y el aire sobre ella. Las moléculas de agua por debajo de la superficie se ven atraídas una por la otra y por aquellas que están en la superficie.

13. La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual, a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar . CAPILARIDAD

14. Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular entre sus moléculas es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo. Las moléculas de agua, diríamos que son muy sociables; se llevan muy bien con moléculas de sustancias que no sean de su familia. Sienten atracción por las moléculas de las paredes que las contienen. Esta fuerza por lo visto anteriormente se denomina de  adhesión .

15. Gracias a que la fuerza de adhesión de las moléculas de la mayoría de los líquidos supera a su fuerza de cohesión se produce una ascensión por la pared que los contiene en forma de menisco cóncavo. Cuando la cohesión entre las moléculas de un líquido es más potente que la adhesión al capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace que el líquido descienda a un nivel inferior y su superficie es convexa.

16. MÁXIMA ASCENSIÓN CAPILAR Al poner el tubo en contacto con el agua, la atracción molecular entre el vidrio y el agua se combina con la tensión superficial, como resultado de esto la tensión superficial actúa en las moléculas de agua y eleva el agua hasta una altura ( hc ) , conocida como el máximo ascenso capilar. Este ascenso depende del diámetro del tubo, mientras más pequeño sea el diámetro del tubo mayor será el ascenso capilar.

17. El ángulo que forma el menisco con la pared del recipiente se denomina ángulo de contacto y se representa por α . La fuerza que jala hacia arriba es la componente vertical de la tensión superficial Ts . Si el ángulo entre el menisco y la pared del tubo es α entonces la fuerza hacia arriba es: 𝑇𝑠 ∗ cos 𝛼.

18.   Dónde: T= tensión superficial (g/cm) (dinas/cm) α= ángulo de contacto = densidad del líquido (g/cm3) r= radio interno del tubo capilar (cm) hc = máximo ascenso capilar (cm)   En el caso del contacto agua –aire, la tensión superficial se considera Ts = 0.074 gr/cm. ( Ts = 73 dinas/cm)

19. La Tensión superficial ( Ts ), varía de acuerdo al liquido y a la temperatura del mismo, es decir no tiene un valor fijo, el valor anterior ( Ts = 0.074 gr/cm = 73 dinas/cm), corresponde aproximadamente a 20°C.

20. El fenómeno de capilaridad en lo suelos, se determina considerando una masa de suelo con una gran red de tubos capilares formados por los vacíos existentes en su estructura. CAPILARIDAD EN SUELOS Al contrario de los tubos capilares, los vacíos en suelos tienen ancho variable y se comunican entre sí, formando un enrejado. Si este enrejado se comunica por debajo con agua, esta, puede ascender por los poros existentes en la estructura del suelo.

21. Las humedades por capilaridad en un problema muy frecuente en edificaciones uno de los problemas de humedades más frecuente, creando problemas de durabilidad en los mismos y de salubridad para los que las habitan.

22. CAPILARIDAD DE AGUAS FREÁTICAS Para que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, dado que en este caso los poros que hay entre las partes sólidas del suelo, es tan pequeño como un tubo capilar. Si se tiene un suelo como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, por lo cual esto suelos gruesos con muy apetecidos en la construcción cuando se tienen niveles freáticos altos.

23. EL NIVEL DE SATURACIÓN ALCANZADO POR EL SUELO POR ASCENSIÓN CAPILAR, ESTÁ POR ENCIMA DEL NIVEL FREÁTICO . LA ALTURA MÁXIMA DE ASCENSIÓN CAPILAR SE ALCANZA HASTA QUE EL PESO DEL AGUA EN LOS CANALÍCULOS SEA IGUAL A LAS FUERZAS DE TENSIÓN SUPERFICIAL.

24. BIBLIOGRAFÍA Juárez, E y Rico, A. (2005). Mecánica de suelos Tomo 1, Fundamentos de la mecánica de suelos . México. Limusa , S.A. de C.V Mott , R. (2006). Mecánica de Fluidos . México. Sexta Edición. Pearson Education .

25. GRACIAS “El temor de Jehová es el principio de la sabiduría , y el conocimiento del Santísimo es la inteligencia ” (Proverbios 9:10)