PRESENTACIÓN Capilaridad de Suelo

UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE SUELOS I

INFORME: CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

FUENTE: REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

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UNIVERSIDAD CIENTÍFICA DEL PERÚ FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL MECÁNICA DE SUELOS I “Año de la Consolidación del Mar de Grau”

DOCENTE

:

ING. DANIEL RENGIFO CÁRDENAS

ASIGNATURA

:

MECÁNICA DE SUELOS I

CICLO

:

VI

AULA

:

302

TEMA

:

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

ALUMNOS

:

VASQUEZ PINTADO, EDITH

TARAPOTO – PERÚ PERÚ 2016


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Contenido INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 4 I.

OBJETIVOS ................................................................................................................................5 1.1.

OBJTIVO GENERAL ........................................................................................................5

1.2.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................................... 5

II.

MARCO TEÓRICO .................................................................................................................... 6 2.1.

Capilaridad.-. .................................................................................................................... 6

2.2.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS.. ...............................................................................6

2.5.

Aplicación de la Capilaridad en la Ingeniería Civil (En la Construcción) ......... 8

2.6.

Problemas de capilaridad en la construcción. ........................................................ 8

2.7.

Fuerzas de cohesión y Adhesión.-. ............................................................................ 9

III. 3.1. IV.

CAPILARIDAD EN LOS SUELOS ................................................................................... 10 Teoría del Tubo Capilar ............................................................................................... 10 Ascenso capilar en suelos. .............................................................................................13

V. Contracción de los suelos finos por efecto de capilaridad ........................................ 16 VI.

CONCLUSIONES ................................................................................................................17

VII.

RECOMENDACIONES .......................................................................................................18

VIII.

LINKOGRAFIA .................................................................................................................... 19

ANEXO .............................................................................................................................................. 20


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INTRODUCCIÓN El presente informe denominado Capilaridad de los Suelos tiene como finalidad determinar los factores que intervienen en la realización del proceso tomado en estudio y verificar si existe porosidad en el suelo en donde pueda influir el agua a consecuencia de eso si puede darse la capilaridad. El movimiento de agua en el suelo se considera que tiene lugar por capilaridad ya que la estructura física del mismo se puede considerar como formato de un número grande de tubos capilares. Para líquidos que no mojan el sólido, la tensión superficial tiende a hacer descender el menisco en un tubo capilar cuando el ángulo de contacto entre el líquido y el sólido se conoce, la altura capilar puede calcularse si se supone una cierta forma de menisco. Si el valor de la tensión superficial depende de la cohesión intermolecular del líquido, es lógico pensar que esta magnitud depende de la temperatura, es así que; en el ciclo del agua, es suelo desempeña un papel preponderante debido a su posición de interface entre la baja atmósfera, la planta y la capa geológica subyacente. Así, el suelo intercepta las lluvias y dirige el reparto entre escorrentía (en zonas de pendiente) y la infiltración en el terreno como lugar de almacenamiento, interviniendo así en la producción agrícola y la regulación del ciclo hidrológico. En su movimiento, el agua es vehículo de sustancias en solución, tanto exógenos como endógenos, e influye en la formación y evolución de los suelos, en la nutrición de las plantase incluso en la contaminación de las capas subterráneas. Las relaciones entre agua y suelos se ven desde dos puntos de vista: 1. El suelo como reservorio hídrico. 2. Estados del agua en el suelo. El conocimiento básico de la textura del suelo es importante para los ingenieros que construyen edificios, carreteras y otras estructuras sobre y bajo la superficie terrestre. Sin embargo, los agricultores se interesan en detalle por todas sus propiedades, porque el conocimiento de los componentes minerales y orgánicos, de la aireación y capacidad de retención del agua, así como de muchos otros aspectos de la estructura de los suelos, es necesario para la producción de buenas cosechas. FUENTE: REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

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I. OBJETIVOS 1.1. OBJTIVO GENERAL 

Verificar si existe porosidad en el suelo en donde pueda fluir el agua y aconsecuencia de eso si puede darse la capilaridad.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 

Notar todas las causas y consecuencias que se dan en dicho proceso.



Determinar qué factores intervienen en la realización del proceso tomado en estudio. 

Construir un instrumento que nos permita visualizar la capilaridad del agua en diferentes tipos de agregados y suelo.



Analizar la capilaridad de los agregados (arena fina y grava) y suelo (arcilla).



Conocer en que clases de agregados o suelos la capilaridad es mayor.



Revisar la existencia de la capilaridad.



Determinación del diámetro de poros


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II. MARCO TEÓRICO 2.1. Capilaridad.- Es el proceso de ascenso que tiene el agua cuando se introduce verticalmente un tubo de vidrio de diámetro pequeño ( desde unos milímetros hasta micras de tamaño) en un depósito lleno de agua, el agua sube en el tubo hasta una determinada altura y se forma en un menisco cóncavo, esta altura es inversamente proporcional al diámetro del tuvo, la altura capilar que alcanza el agua del suelo, se determina considerando una masa de suelo con una gran red de tubos capilares formados por vacíos existentes en su masa.

2.2. CAPILARIDAD DE LOS SUELOS. Al contrario de los tubos capilares, los vacíos en los suelos tienen ancho variable y se comunican entre sí formando un enrejado. Si está enrejado se comunica por abajo con el agua solo ocupa los vacíos pequeños y os mayores que quedan en el aire.

2.3. El agua Capilar.- Es la fracción del agua que ocupa los micro poros, se mantienen en el suelo gracias a la fuerzas derivadas de la tensión superficial del agua, es aquella que se eleva sobre el nivel del agua libre gravitacional, es decir por encima del nivel de la cual la presión es igual a la atmosférica, hasta la zona de aeración no saturada.


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En conclusión podemos decir que la capilaridad del agua dentro de un suelo, produce un esfuerzo de tensión, los cuales generarán comprensión de este, Para que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, de tal manera que los poros que hay entre las partes sólida del suelo, sean tan pequeños como un tubo capilar. Si tenemos un suelo como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, por lo que estos pueden utilizar en la construcción cuando se tiene niveles freáticos altos.

2.4. Aplicación de la Capilaridad en la Ingeniería Civil: Para poder calcular la altura máxima que puede alcanzar un fluido en un capilar, se hace necesario hacer un análisis de las fuerzas que intervienen en el sistema fluido


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2.5. Aplicación de la Capilaridad en la Ingeniería Civil (En la Construcción) 2.5.1. Capilaridad de aguas Freáticas: Conocemos el proceso de capilaridad como el ascenso que tiene un líquido al estar en contacto con las paredes de un tubo de diámetro pequeño. Si tomamos la masa de suelo, como un gran conjunto de poros, los cuales están comunicados, tendríamos una gran red de tubos capilares, los cuales permiten el efecto de capilaridad del agua freática Al subir el agua por un tubo capilar, esta produce unos esfuerzos de tensión en la parte superior del agua que está dentro del tubo capilar. Para que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, para que los poros que haya entre las partes sólidas del suelo, sea tan pequeño como un tubo capilar. Si tenemos un suelo como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, haciendo así estos suelos gruesos muy apetecidos en la construcción cuando se tienen niveles freáticos altos. “En conclusión podemos dec ir que la capilaridad del agua dentro de un

suelo, produce unos esfuerzos de tensión, los cuales generarán la compresión de este”.

2.6. Problemas de capilaridad en la construcción. Uno de los grandes problemas que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en la construcción, es que al subir esta agua, se humedecen los

cimientos

de

la

diferentes

estructura, provocando la erosión del acero de esfuerzos en los cimientos, y algunas veces esta agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcanzar a subir por capilaridad a las paredes del edificio, generándose problemas en los ladrillos y los acabados de la edificación. Una solución a este problema es cambiar el suelo sobre el que descansa el cimiento, por un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del agua freática. FUENTE: REGLAMENTO NACIONAL DE EDIFICACIONES

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En la construcción de calles, carreteras, autopistas, pistas de aterrizaje es importante tener en cuenta el agua capilar existente en el terreno de fundación que queda encima de la napa freática. Una solución al problema es colocar capas granulares sobre la subrasante, lo cual impide la capilaridad del agua freática. En los suelos de granulometría fina (limos y arcilla) los vacíos son de diámetros reducidos por lo tanto capilar es mayor en los suelos de granulometría gruesa la altura capilar es menor.

2.7. Fuerzas de cohesión y Adhesión.- Las moléculas superficiales del líquido abierto al aire, que se encuentra en la inmediata vecindad con la pared sólida están solicitadas por fuerzas de dos tipos: Cohesión y Adhesión. 

Cohesión.- atracción entre moléculas iguales (en caso debido a la acción de las restantes moléculas del líquido).



Adhesión.- atracción entre moléculas diferentes (en este caso es ejercida por moléculas de las paredes del recipiente).

Si las fuerzas de adhesión son mayores que las de cohesión se forma los meniscos cóncavos en cambio si las fuerzas de cohesión son mayores que las de adhesión, se forman los meniscos convexos.


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III. CAPILARIDAD EN LOS SUELOS Ascensión del agua por encima del nivel freático del terreno a través de los espacios intersticiales del suelo, en un movimiento contrario al de la gravedad. El movimiento ascendente del agua en un tubo capilar representa el fenómeno de capilaridad. Dos fuerzas son responsables por la capilaridad: 1 – atracción del agua por superficies sólidas (adhesión o adsorción) y 2 – tensión superficial del agua, que en gran parte está debida a la atracción entre las moléculas de agua (cohesión). Las fuerzas de cohesión entre moléculas de agua y de adhesión entre el agua y superficies sólidas en un sistema suelo-agua. Esas fuerzas son en gran parte, resultado de los puentes de hidrógeno representados por las líneas punteadas. La fuerza de adhesión o adsorción disminuye rápidamente con la distancia de la superficie sólida. La cohesión entre moléculas de agua resulta en la formación de agrupaciones temporales que están constantemente cambiando de tamaño y forma a medida que moléculas individuales de agua son liberadas o se unen a otras. La cohesión entre moléculas de agua también hace que la fase sólida se restrinja indirectamente la libertad del movimiento del agua hasta determinada distancia, además de la interface sólido-líquido.

3.1. Teoría del Tubo Capilar


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Dónde:

P: Es el peso de la columna de agua F: Fuerza de ascensión capilar: Ts: tensión superficial del agua por unidad de línea de contacto entre el agua y el tubo ( ≅0,0764 g/cm para agua pura y vidrio limpio).

hc: altura de la ascensión capilar; d: diámetro del tubo γa = α =

peso específico del agua

ángulo de contacto (en el caso del agua y vidrio limpio este ángulo es

cero).



Observaciones: En suelos arenosos es común que la ascensión capilar alcance alturas del orden de 30cm a 50cm. Sin embargo, en terrenos arcillosos la capilaridad puede alcanzar hasta los 80 m de Según Souza Pinto (2003), la altura de ascensión capilar máxima es de pocos centímetros para pedregullos, 1 a 2 metros para arenas, 3 a 4 metros para el limo y decenas de metros para las arcillas.



Fórmula Empírica de Hazen Puede ser empleada para una estimativa grosso modo de la altura de la ascensión capilar.


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

La Importancia de los Fenómenos Capilares En la construcción de pavimentos de carreteras: si el terreno donde se funda un pavimento está constituido por un suelo limoso y el nivel freático está poco profundo, para evitar la ascensión capilar de agua es necesario substituir el material limoso por otro con menor potencial de capilaridad. La contracción de los suelos: Cuando toda la superficie de un suelo está sumergida en agua, no hay fuerza capilar, pues α = 90º. Sin embargo, a medida que el agua va siendo evaporada, se van formando meniscos apareciendo fuerzas capilares que aproximan las partículas. Cohesión aparente de arenas húmedas: Si la arena fuese seca o saturada, la cohesión se deshace. Los meniscos se deshacen cuando el movimiento entre los granos aumenta y las deformaciones son muy grandes. Sifón Capilar: Observado en las presas, el sifón, o sifonamiento capilar consiste en la filtración del agua bajo el núcleo impermeable de la presa.


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IV.

Ascenso capilar en suelos.

Los continuos espacios vacíos del suelo pueden comportarse en conjunto como tubos capilares con secciones transversales diferentes. En contraste con lo que ocurre en los tubos, los vacíos continuos del suelo se comunican entre si en toda dirección, constituyendo un enrejado de vacíos. En la Figura 4.6 se ha colocado suelo en un cilindro transparente. La parte inferior ha sido protegida para evitar que el suelo salga pero permitir el contacto con el agua, mientras que el extremo superior queda expuesto a la atmósfera. Algún tiempo después de poner en contacto la parte inferior del tubo con el agua, la Figura 4.6a muestra que el agua asciende capilarmente hasta una altura máxima hc. A una altura hcs, la Figura 4.6b muestra que el suelo está completamente saturado, mientras la región de suelo comprendida entre hcs y hc según la Figura 4.6b, está parcialmente saturada de agua. La Figura 4.6c, muestra que el ascenso capilar resulta ser más rápido mientras el grado de saturación disminuya. Hazen (1930) obtuvo una ecuación que permite determinar el máximo ascenso capilar de agua en el suelo, que es:

Dónde: hc = Máximo ascenso capilar en el suelo. e = Índice de vacíos. D10 = Tamaño efectivo. C = Constante que depende de la forma de las partículas.


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Figura 4.6. Ascenso capilar en el suelo (Terzagui & Peck; Das, 1998). (a) Columna de suelo en contacto con el agua. (b) Variación del grado e saturación en la columna de suelo. (c) Variación de la velocidad del ascenso capilar en el suelo. La constante C, puede ser estimada según a la forma y estado de las partículas del suelo con la Tabla 4.1.

La

Figura

4.7

muestra

dos

curvas

que

han

sido

determinadas

experimentalmente de la observación del ascenso capilar en diversos suelos. A la altura hcs, se la llama altura de saturación capilar y puede ser determinada con la Figura 4.7. Para lo cual, debe ingresarse a la Figura con un valor del diámetro efectivo en milímetros, luego de interceptar a la curva deseada, entonces se tendrá una aproximación del ascenso capilar correspondiente al caso.


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En un perfil de suelo, el agua ascenderá capilarmente a partir del nivel freático y saturará todos los espacios vacíos hasta una altura hcs con respecto al nivel freático. El máximo ascenso capilar se registrará a una altura hc. Al igual que en los tubos, mientras más pequeñas sean las partículas del suelo, mayor será el ascenso capilar .

Figura 4.7. Relación aproximada entre el ascenso capilar y el tipo de suelo (Whitlow, 1994). La Tabla 4.2, muestra un rango aproximado del ascenso capilar para diversos suelos.


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V.

Contracción de los suelos finos por efecto de capilaridad

Si el suelo está saturado, el agua ejerce una fuerza de separación entre las partículas sólidas del suelo (presión Hidrostática). Luego el suelo empieza a sacarse por cualquier causa, que generalmente es el calentamiento por el sol y el agua que hay en el suelo se evapora, la masa del suelo trata de tomar un nivel freático normal, de esta manera las aguas empiezan a bajar, creándose una presión capilar dentro del suelo, lo que se produce esfuerzo de comprensión en el suelo, lo que produce hidrostática (cuando el suelo estaba saturado, es un esfuerzo de tensión superficial (al tener el suelo saturado), es un esfuerzo de tensión superficial (al tener el fenómeno de capilaridad del agua). De esta manera el suelo entra a un proceso de concentración. Hay que tener en cuentas que el suelo debe ser un suelo fino, para producir un proceso de capilaridad, y de esta manera crear una tensión superficial necesaria para que el suelo se contraigan. El proceso de la retracción del agua hacia el interior no se hará simultáneamente en toda la mas de suelo tiene diferentes diámetros de poros, producidas tubos capilares de diferentes diámetros, bajando primero el agua que se encuentra en los canalículos más gruesos (Especies de tubos capilares formados por los poros del suelo).


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VI. CONCLUSIONES 

Observamos que el fenómeno de la capilaridad no se da por igual en los distintos suelos, siendo en algunos el ascenso del agua más rápido tardando pocos minutos en algunos casos y en otros pudiéndose demorar hasta un día entero.



Saber el mecanismo de la capilaridad es determinante para saber cómo actuar en un determinado suelo para definir el pro y el contra de la labor que se va hacer en el suelo.



Conocer cuando es bueno o malo la capilaridad y dar la solución depende del conocimiento que tengamos sobre esta ascensión de agua.



Con los experimentos hechos podemos dar soluciones en cualquier tipo de suelo agregando convenientemente capas de material o mejorando la resistencia del mismo.



Con la determinación de poros podemos saber cuál es la mejor opción para colocar los agregados o en suelos cual el mejor terreno para una construcción.


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VII. 

RECOMENDACIONES

Seguir con las investigaciones de este tipo de trabajos ya que nos brinda conocimientos que son indispensables para nuestra formación estudiantil.



Realizar Prácticas de campo para tener una concepción más real de lo que se investiga.



Se debe hablar acerca del tema de investigación una vez presentado el informe (Práctica) con el fin de resolver las dudas e incógnitas que se puedan acarrear en el proceso de investigación.



Se tiene que realizar este tipo de análisis para ver cómo será el comportamiento del agua ya sea para la construcción y agricultura.



Realizar pruebas y comparaciones de capas de suelo en distintas posiciones buscando la más adecuada.



Se recomienda dejar espacios de aire de lo contrario el agua ascenderá por presión y no por capilaridad


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

VIII. LINKOGRAFIA http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/fuerzas/mecanica-desuelos-capilaridad



http://www.ingenierocivilinfo.com/2010/08/ascenso-capilar-ensuelos.html



https://es.scribd.com/doc/147942176/Informe-de-Capilaridad-1


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ANEXO Cálculo en tipos de suelos.


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PRESENTACIÓN Capilaridad de Suelo

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