• Author / Uploaded
• Garuiz Manuel Adriano

Citation preview

MECÀNICA DE SUELOS I

ÍNDICE Página I.

INTRODUCCIÓN…………………………………………………….03

II.

OBJETIVOS: 2.1 Objetivo General……………………………………………….04 2.2 Objetivos específicos…………………………………………04

III.

MARCO TEÓRICO: 3.1 Definición de capilaridad……………………………………..05 3.1.2 Capilaridad en el suelo……………………………………..05 3.1.3 Ascenso capilar en suelos..............................................06 3.2. Tensión superficial en el suelo…………………………….10 3.2.1 Capilaridad. Fuerzas de adhesión y cohesión…………10 3.2.2 Capilaridad y contracción en suelos arcillosos……….10 3.2.3 Contracción y expansión en arcillas…………………… 11 3.2.4 Contracción de suelos finos por efecto de la capilaridad……………………………………………………12 3.3 capilaridad y construcción……………………………….....13 3.3.1 factores que ocasionan capilaridad en la construcción……14

IV. CONCLUSIONES………………………………………………………..16 V. RECOMENDACIONES…………………………………………………17 VI. LINKOGRAFIA Y BIBLIOGRAFIA………………………………………..18

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 2

MECÀNICA DE SUELOS I

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente informe queremos demostrar al docente y a toda persona que indagara con respecto a este tema, que la investigación dada es obtenida gracias a una exhaustiva investigación en las redes y libros de diferentes autores relacionados al tema de capilaridad en los suelos dentro de ellas los suelos arcillosos, los suelos cohesivos, entre otros. Como se sabe los suelos cambian mucho de un lugar a otro. La composición química y la capilaridad del suelo en un lugar dado, están determinadas por el tipo de material geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por la cantidad de tiempo en que ha actuado la meteorización, por la topografía y por los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas. Las variaciones del suelo en la naturaleza son graduales, excepto las derivadas de desastres naturales. A un ingeniero le interesa identificar y determinar la conveniencia o no de usar el suelo como material para construir rellenos en caminos, canales de conducción y distribución de los sistemas de riego, obras hidráulicas, entre otros. Así como conocer su capilaridad para saber el tipo y la calidad de suelo donde trabajaremos. Con una investigación y lectura de la capilaridad en los suelos les presentaremos el presente informe y el contenido resaltante que hay en ello.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 3

MECÀNICA DE SUELOS I

II.

OBJETIVOS:

2.1 Objetivo general:

Informar y tener una definición clara de la capilaridad en los suelos. 2.2 Objetivos específicos:

Reforzar los conocimientos sobre suelos en el ámbito de la construcción y sobre todo conocer la capilaridad en los suelos así como también sus componentes, para facilitar y mejorar la formación como un buen Ing. Civil. Poner en práctica y resaltar estos conocimientos de estos temas para saber qué hacer en el ámbito laboral al hacer un estudio de suelos.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 4

MECÀNICA DE SUELOS I

III.

MARCO TEÓRICO: 3.1 DEFINICION DE CAPILARIDAD

La capilaridad es el ascenso que tiene un líquido al estar al contacto con las paredes de un tubo de diámetro pequeño denominado tubo capilar. El suelo contiene un gran conjunto de poros capilares los cuales permiten el efecto de capilaridad del agua freática. Entre los más finos que sean los suelos el agua puede alcanzar varios metros de capilaridad. 3.1.2 CAPILARIDAD EN EL SUELO La composición química y la estructura física del suelo en un lugar dado, están determinadas por el tipo de material geológico del que se origina, por la cubierta vegetal, por la cantidad de tiempo en que ha actuado la meteorización, por la topografía y por los cambios artificiales resultantes de las actividades humanas. Las variaciones del suelo en la naturaleza son graduales, excepto las derivadas de desastres naturales. Sin embargo, el cultivo de la tierra priva al suelo de su cubierta vegetal y de mucha de su protección contra la erosión del agua y del viento, por lo que estos cambios pueden ser más rápidos. Los agricultores han tenido que desarrollar métodos para prevenir la alteración perjudicial del suelo debida al cultivo excesivo y para reconstruir suelos que ya han sido alterados con graves daños. 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. Los requerimientos de suelo de las distintas plantas varían mucho, y no se puede generalizar sobre el terreno ideal para el crecimiento de todas las plantas.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 5

MECÀNICA DE SUELOS I

3.1.3 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.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 6

MECÀNICA DE SUELOS I

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:

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

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 7

MECÀNICA DE SUELOS I

Fig.4.6 (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.

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. 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.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 8

MECÀNICA DE SUELOS I

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.

Relación aproximada entre el ascenso capilar y el tipo de suelo La Tabla 4.2, muestra un rango aproximado del ascenso capilar para diversos suelos.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 9

MECÀNICA DE SUELOS I

3.2. TENSIÓN SUPERFICIAL EN EL SUELO En los suelos de grano grueso, la mayor parte del agua retenida lo es por tensión superficial, que se presenta alrededor de los puntos de contacto entre las partículas sólidas o en los poros y conductos capilares del suelo. La cohesión aparente, que pueden presentar taludes de arena que se han mantenido estables, se explica por la humedad de contacto. Ella la ejerce la pequeña cantidad de agua que puede mantenerse, sin caer, rodeando los puntos de contacto entre los diminutos granos de arena, gracias a fuerzas de adherencia entre el líquido y el sólido y de tensión superficial, que se oponen a la gravedad. 3.2.1 CAPILARIDAD. FUERZAS DE ADHESIÓN Y COHESIÓN La cohesión es la atracción entre las moléculas de una misma sustancia, mientras que la adhesión es la atracción entre moléculas de diferentes sustancias. Si se sumerge un tubo capilar de vidrio en un recipiente con agua, el líquido asciende dentro de él hasta una altura determinada. Si se introduce un segundo tubo de mayor diámetro interior el agua sube menor altura. Es que la superficie del líquido plana en su parte central, toma una forma curva en la vecindad inmediata del contacto con las paredes. Esa curva se denomina menisco y se debe a la acción combinada de la adherencia y de la cohesión. Por la acción capilar los cuerpos sólidos hacen subir y mover por sus poros, hasta cierto límite, el líquido que los moja. 3.2.2 CAPILARIDAD Y CONTRACCIÓN EN SUELOS ARCILLOSOS Dos fuerzas: Adsorción entre las partículas activas del suelo y el agua y fuerzas osmótica, propia de la fase líquida y explicada por concentración de iones, explican la capilaridad de las arcillas. En la adsorción influyen la adherencia y la tensión superficial. Potencial de humedad o succión pF: Es la máxima tensión (H en cm) que ejerce el esqueleto del suelo sobre el agua de los poros. Como la resistencia a la tensión del agua es 2000 MN/m2, el valor de pFmax = 7 (equivale a H = 100 Km = 107 cm). Cuando existe diferencia en el potencial de humedad pF se produce flujo de agua aunque no exista cabeza hidráulica. El agua así, pasará de regiones con bajo pF CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 10

MECÀNICA DE SUELOS I

hacia las de alto pF. Cuando ambas igualen el pF, el flujo continuará hasta que se igualen las diferencias de altura.

3.2.3 CONTRACCIÓN Y EXPANSIÓN EN ARCILLAS Los suelos arcillosos pueden cambiar su cohesión así: Consideremos un tubo horizontal. ri = Radio del menisco (variable). Ri = Radio del tubo elástico (variable). Li = Longitud del tubo con agua (variable). αi = Ángulo del menisco con el tubo (variable).

El tubo elástico pierde agua; L1 > L2 > L3 en consecuencia, R1 > R2 > R3; de esta manera α1 > α2 > α3, lo que significa que el menisco tiende a desarrollarse mejor (α→0°) en virtud de la pérdida de agua. Esto significa que aumentan los esfuerzos efectivos del suelo al perderse agua (evaporación, etc.)

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 11

MECÀNICA DE SUELOS I

3.2.4 CONTRACCION CAPILARIDAD

DE

SUELOS

FINOS

POR

EFECTO

DE

LA

Si el suelo está saturado, el agua ejerce una fuerza de separación entre las partículas sólidas del suelo. Luego el suelo empieza a secarse por cualquier causa, que generalmente es por el calentamiento del sol, y el agua que hay en el suelo se evapora, la masa de suelo trata de tomar su nivel freático normal, de esta manera las aguas empiezan a bajar, creándose una presión capilar del suelo, lo que produce esfuerzos de compresión en el suelo, pasando este de la presión hidrostática (cuando el suelo está saturado), a un esfuerzo de tensión superficial. De esta manera el suelo entra en un proceso de contracción. Hay que tener en cuenta que el suelo debe ser un suelo fino, para poder producir el proceso de capilaridad.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 12

MECÀNICA DE SUELOS I

Los suelos gruesos solamente están saturados, aun a elevaciones cercanas al nivel freático, mientras que los suelos finos pueden estar saturados a una considerable altura sobre el mismo. 3.3 CAPILARIDAD Y CONSTRUCCION La capilaridad es una propiedad física del agua por la que ella puede avanzar a través de un canal minúsculo (desde unos milímetros hasta micras de tamaño) siempre y cuando el agua se encuentre en contacto con ambas paredes de este canal y estas paredes se encuentren suficientemente juntas. Si evitamos este problema lo más probable es que nuestro hogar se mantenga de una manera saludable y seca. Como el agua penetra diversas formas, reducir la humedad no es una tarea sencilla. No importa lo pequeño que sean los agujeros y las grietas, el agua siempre encontrara por donde circular. Por medio de la capilaridad el agua puede ser absorbida desde la parte de abajo, lo que quiere decir que las gritas no son el único medio por el cual el agua puede acceder a una vivienda. La capilaridad define el conjunto de fenómenos que tienen lugar en la interacción de líquidos y sólidos de pequeño espesor, de una manera mas clara podemos definir la capilaridad como la forma en la cual el agua es atraída hacia las paredes de las losas, a través de unos poros de pocas dimensiones. Muchos profesionales de la construcción están de acuerdo de que la capilaridad se puede disminuir si existe cierta responsabilidad. La capilaridad amenaza la vivienda con mayor fuerza que el moho, se dice que es crucial para el mantenimiento de la estructura de la casa. Hay que destacar que cuando los materiales están mojados tienden a podrirse, es por ello que deben de ser reemplazados. Actualmente en el mercado existe una gama de elementos para el bloqueo de la CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 13

MECÀNICA DE SUELOS I

capilaridad, tal es el caso de los conocidos bloqueadores capilares. Uno de ellos es la barrera contra hielo y agua, para esto se utiliza un adhesivo con caucho, puede ser colocado en las losas y en las ventanas, responde a un bloqueador de elevado costo.

3.3.1 FACTORES QUE OCASIONAN CAPILARIDAD EN LA CONSTRUCCIÓN

Un problema que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en una construcción, es que al subir el agua humedecen los cimientos de las estructuras de una obra, lo que provoca una corrosión del acero de refuerzo en dichos cimientos, y el agua freática alcanza a subir por capilaridad a las paredes de la estructura, ocasionando problemas en los ladrillos, bloques, acabados o CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 14

MECÀNICA DE SUELOS I

cualquier material usado en la edificación, a continuación algunas soluciones a los factores que ocasionan capilaridad en la construcción.

Soluciones: 

Cambiar el suelo sobre el que descansa la estructura, por un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del agua freática.



Se podrían utilizar algunos tipos de aditivos para el concreto (inclusores de aire), para poder generar impermeabilidad en el concreto, y de morteros para recubrir estructuras con el fin de ganar impermeabilidad.



Si una cimentación es profunda (pilotes, pilas o cajones), debemos tener en cuenta que esta estructura estará sumergida parcialmente por aguas freáticas, y que esta estructura sufrirá algunos cambios de humedad por la subida y la bajada del nivel Freático en dicha cimentación, por lo tanto deberán de protegerse para prevenir este problema de nivel Freático en la cimentación.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 15

MECÀNICA DE SUELOS I

IV. 

CONCLUSIONES

El agua es capaz de ascender a través de muchos materiales, venciendo incluso la acción de la gravedad.



El agua transporta sustancias salinas (minerales, sulfatos y cloruros) que, al ascender se evaporan y cristalizan, manchando suelos, paredes (con eflorescencias de color blanco) e impregnando el ambiente de aire húmedo, y finalmente destruyendo los muros.



Es frecuente que las manchas de humedad presenten un abombamiento de la pintura así como el desmoronamiento del revoque.



La humedad por capilaridad repele la pintura (saneamos y pintamos, pero con el tiempo vuelven a aparecer las manchas).

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 16

MECÀNICA DE SUELOS I

V.



RECOMENDACIONES

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.

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 17

MECÀNICA DE SUELOS I

VI.

LINKOGRAFIA Y BIBLIOGRAFIA 

http://ingenieriareal.com/factores-capilaridad-construccion/



http://www.arqhys.com/arquitectura/capilaridad-construccion.html



http://www.enriquealario.com/humedades-por-capilaridad-enobras-de-construccion/



http://fisica.laguia2000.com/dinamica-clasica/fuerzas/mecanicade-suelos-capilaridad

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 18

MECÀNICA DE SUELOS I

CAPILARIDAD DE LOS SUELOS

Página 19