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UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO Facultad de ingenieria ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Riobamba-Chimborazo-Ecuador

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

MECANICA DE SUELOS II PRACTICA N° 5

TEMA: Fenómeno de capilaridad en los suelos

DOCENTE: Mgs. Jorge Nuñez SEMESTRE: 5 to “A” ESTUDIANTES: Chucuri Diego – Carrión Juan – Mejía Fernando – Arias Freddy – Sinaluisa Jhonnatan PERÍODO ACADÉMICO: (Octubre 2018 – Marzo 2019) FECHA DE ELABORACIÓN: 09/11/2018 FECHA DE PRESENTACION: 30/11/2018

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CONTENIDO

INTRODUCCIÓN .............................................................................................................................. 3 1. TEMA ............................................................................................... Error! Bookmark not defined. 2. OBJETIVO ...................................................................................... Error! Bookmark not defined. 3. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ................................................ Error! Bookmark not defined. Permeabilidad ................................................................................... Error! Bookmark not defined. Determinación de permeabilidad ..................................................... Error! Bookmark not defined. 4. EQUIPOS E INSTRUMENTOS .................................................... Error! Bookmark not defined. 5. ESQUEMA................................................................................................................................... 13 6. PROCEDIMIENTO .................................................................................................................... 14 7. CÁLCULOS..................................................................................... Error! Bookmark not defined. 9. CONCLUSIONES ....................................................................... Error! Bookmark not defined.18 10. RECOMENDACIONES ............................................................. Error! Bookmark not defined.8 11. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................... Error! Bookmark not defined.8 12. FOTOGRAFÍAS ......................................................................... Error! Bookmark not defined.9

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INTRODUCCIÓN

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. Esta propiedad la conocemos todos pues es perfectamente visible cuando ponemos en contacto un terrón de azúcar con el café. El agua del café “invade “en pocos segundos los pequeños espacios de aire que quedan entre los minúsculos cristales de sacarosa del azucarillo. Pues bien, esta misma propiedad es la que distribuye el agua por los micro-espacio de aire que quedan entre las partículas del suelo o sustrato. Allí queda el agua retenida hasta que finalmente es encontrada por las raíces de las plantas siendo absorbida por unos pelillos que tienen las mismas, que son los encargados de cumplir con esta misión de absorción. La capilaridad% es pues% el principio natural por el que el agua circula a través el suelo de nuestros campos y bosques y nutre a todas las plantas de la tierra.

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1. TEMA: Fenómeno de capilaridad en los suelos

2. OBJETIVOS: 21

OBJETIVO GENERAL: 

22 

Demostrar el fenómeno de la capilaridad de los suelos

OBJETIVOS ESPECÍFICOS: Conocer la importancia de los diferentes tamaños granulométricos del suelo para comprender el grado de absorción que posee el mismo.



Identificar cuáles son los factores que inciden en la capilaridad.



Conocer qué tipo de suelos son más propensos a ser afectados por este fenómeno.

3. FUNDAMENTACION TEORICA: Concepto de la capilaridad

Uno de los efectos más curiosos producido por la tensión superficial en líquidos es el fenómeno de la “capilaridad”. La tensión superficial es la propiedad que poseen las superficies de los líquidos, por la cual parecen estar cubiertos por una delgada membrana elástica en estado de tensión. La capilaridad es el movimiento ascendente del agua en un tubo capilar. Existen dos fuerzas son responsables para la capilaridad: primero la atracción del agua por superficies sólidas (adhesión o adsorción) y segundo tensión superficial del agua, que en gran parte está debida a la atracción entre las moléculas de agua (cohesión). (Franch, 2006).

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. Fig.1 Fuerzas de cohesión y adhesión en tubos capilares Fuente:http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm 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.

Fig.2 Fuerzas de cohesión y adhesión en agua y mercurio Fuente:http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm

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Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular o cohesión intermolecular es menor que la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja. El líquido sigue subiendo hasta que la tensión superficial es equilibrada por el peso del líquido que llena el tubo. Éste es el caso del agua, y esta propiedad es la que regula parcialmente su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad. Sin embargo, 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.

Fig.3 menisco convexo y menisco cóncavo en tubos capilares Fuente: http://www.udec.cl/~dfiguero/curso/cohesionenliquidos/cohesionenliquidos.htm

Teoría del Tubo Capilar

Fig.4 Teoría del tubo capilar Fuente: http://www.udec.cl/~dfiguero/curso/cohesionenliquidos/cohesionenliquidos.htm

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Donde: 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 = peso específico del agua α = ángulo de contacto (en el caso del agua y vidrio limpio este ángulo es cero).

Fig. 5 valores típicos de altura de ascensión capilar de acurdo al tipo del suelo Fuente: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/fluidos/tension/introduccion/introduccion.htm

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

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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.

Fig.6 Grafica de Capilaridad del agua y mercurio Fuente: ttp://www.puc.cl/quimica/agua/tension_sup.htm

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Capilaridad en los suelos. Al contrario de los tubos capilares, bajo la superficie de la tierra hay pequeños canales verticales denominados micro poros o también llamados tubos capilares generados por bacterias, agua, raíces de las plantas y hongos.

Fig.7 Grafica de Capilaridad del agua en el suelo Fuente: ttp://www.puc.cl/quimica/agua/tension_sup.htm

El fenómeno de capilaridad y tención superficial retiene unas

muy pequeñas

cantidades de gotas de agua en los micro poros en periodos sin precipitaciones, y debido a estos fenómenos el agua no se ve afectado por la gravedad y puede ascender hacia la superficie. (Franch, 2006)

Fig.8 Grafica de canales verticales (micro poros) en el suelo. Fuente: ttp://www.puc.cl/quimica/agua/tension_sup.htm

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4. EQUIPOS E INSTRUMENTOS. CANTIDAD

MATERIAL

GRÁFICO

3

Envases de plástico Dimensiones (d1= 5cm , d2= 6.5)

Fuente: Fotografia fuente propia.

Envases de vidrio 2

Dimensiones (d=10cm , h= 20cm)

Fuente: Fotografia fuente propia.

Palillos 3

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Fuente: Fotografia fuente propia.

1

Envases de vidrio con agua Cantidad en litro.=1 L

Fuente: Fotografia fuente propia. 1

Envase de plástico con una muestra de arena - Cantidad en volumen (Total de V = 200,10 cm3)

Fuente: Fotografia fuente propia

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Envasé de plástico con una muestra de gravilla - Cantidad en volumen (Total de V = 200,10 cm)

Fuente: Fotografia fuente propia 1

Envase de plástico con una muestra de arcilla. - Cantidad en volumen (Total de V = 200,10 cm)

Fuente: Fotografia fuente propia

1

Envase de vidrio con aceite Cantidad en litro.=1 L

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Fuente: Fotografia fuente propia

5. ESQUEMA

Figura 8. Esquema del ensayo de capilaridad del suelo

Fuente: propia

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6. PROCEDIMIENTO

Para la demostración del fenómeno de la capilaridad se usaron los materiales previamente mostrado y se siguió una serie de pasos demostrados a continuación: 1. Procedemos en un cilindro hueco de vidrio con un diámetro ∅ = 10𝑐𝑚 y una altura de 20cm a llenarlo con una medida de 1𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜 ≅ 1000𝑐𝑚3.

Fuente: propia

2. seguidamente en un envase de plástico con menor diámetro (∅𝟏 = 𝟓𝐜𝐦 ; ∅𝟐 =6.5cm) y con una altura de h=7.5cm perforamos huecos milimétricos en la base procurando así la entrada continua del fluido en cuestión, el agua.

Fuente: propia

3. A continuación de los huecos como un apoyo para el envase se atravesó un palillo para mantener una altura relevante de contacto con el agua y su tensión superficial.

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Fuente: propia 4. Una vez listo los envases los procedemos a llenar con una muestra de suelo diferente pero con un mismo volumen vol = 200.10cm3 .

ARENA FINA

Fuente: propia

GRAVILLA

Fuente: propia

5. Como último paso sumergimos la muestra del suelo correspondiente en la sustancia liquida (AGUA) y apreciamos lo sucedido.

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Fuente: propia

7. CALCULOS: PARA EL CALCULAR LA ASCENCION CAPILAR UTILIZAMOS LA SIGUIENTE FORMULA:

Donde:     

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 = peso específico del agua α = ángulo de contacto (en el caso del agua y vidrio limpio este ángulo es cero).

Diámetro 0.2 cm hc= 4*0.0764g/cm * cos 0 0.1cm*1g/cm3 Hc=1.5 cm

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO Facultad de ingenieria ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Riobamba-Chimborazo-Ecuador Diametro 0.3 hc= 4*0.0764g/cm * cos 0 0.3cm*1g/cm3 Hc=1.02 cm Diametro 0.7 cm hc= 4*0.0764g/cm * cos 0 0.7cm*1g/cm3 Hc=0.44 cm



Para arena no limpia y granos rugosos c=0.5

Diametro 0.7 hc= 0.5 cm2

1.2 cm

0.60*0.7cm 

Para arena limpia y granos redondiados c=0.1

Diametro 0.7 hc= 0.1 cm2 0.60*0.7cm 

Para arcilla c=0.3

0.24 cm

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO Facultad de ingenieria ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL Riobamba-Chimborazo-Ecuador Diametro 0.7 hc= 0.3 cm2

0.71 cm

0.60*0.7cm

8. CONCLUSIONES: 

Concluimos que para que se forme el fenómeno de la capilaridad tienen que existir tanto la fuerza de adhesión como la cohesión



Se concluyó que los hongos, raíces, bacterias y el agua son los que producen los espacios vacíos y se forman tubos capilares en los suelos.



Se concluyó que para el estudio de un suelo es necesario estudiar la capilaridad para saber qué tipo de suelo es

9. RECOMENDACIONES: 

El tubo que va a formar la capilaridad no debe ser muy grande.



Para poder observar de una mejor manera la capilaridad se recomienda que el suelo estece seco.

10. BIBLIOGRAFÍA: Pedro, M. (Octubre de 2012). Escuela de Ingeniería de Antioquía. Obtenido de Escuela de Ingeniería de Antioquía: http://www.ptolomeo.unam.mx:8080/xmlui/bitstream/handle/132.248.52.10 0/109/A5.pdf?sequence=5. Sanchez, F. (2000). Estudios Geologicos. Obtenido de Estudios Geologicos Permeabilidad: http://www.estudiosgeotecnicos.info/index.php/permeabilidad-de-los-suelos/ Verdi, C., Pernice, C., & Cernuschi, D. (2015). UNPL. Recuperado el 20 de Febrero de 2016, de UNPL: http://www.ing.unlp.edu.ar/estruc3b/mda.pdf.

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12. FOTOGRAFIAS. Ensayo en campo (grupo de estudiantes)

Fotografía. Ensayo de capilaridad Fuente: Estudiantes UNACH

Fotografía. Ensayo de capilaridad Fuente: Estudiantes UNACH.