2. Capilaridad en Suelos

Universidad Nacional de Ingeniería Facultad de Ingeniería Civil - DAIG

Capilaridad Capilaridad en los Suelos Ing. Luis Chang

Centro Peruano Japonés de investigaciones Sísmicas y Mitigación de Desastres (CISMID)

Existe una gran evidencia de que una superficie líquida resiste tensiones debido a la atracción superficial entre moléculas adyacentes. Esta atracción viene medida por la tensión superficial, una propiedad constante de cualquier liquido puro en contacto con otro liquido o con un gas a una cierta temperatura. Ejemplo: El agua puede ascender y mantenerse por encima del nivel de presión atmosférica en un tubo muy fino o tubo capilar. capilar. Este fenómeno fenómeno se denomina comúnmente Capilaridad Capilaridad..

La capilaridad permite que un suelo seco succione agua a niveles por encima del freático; también da lugar a que un suelo drenante retenga agua por encima del nivel freático. La altura de la columna de agua que un suelo puede mantener de esta forma se denomina altura o carga capilar y es inversamente proporcional al tamaño de los poros del suelo en el contacto aire  – agua. Como cualquier suelo tiene un número casi infinito de poros, puede existir un número casi infinito de alturas capilares. En otras palabras, la altura de la columna de agua que puede mantenerse depende del tamaño eficaz de los poros. No existe por lo tanto una altura capilar única para un suelo. La capilaridad queda comprendida entre valores límites que pueden explicarse mediante el dispositivo de la Fig. 16.4 De la figura 16.4 a), muestra un suelo no cohesivo, b) Se ha representado un diagrama de la variación del grado de saturación con la distancia por encima del nivel freático.

a) Columna de suelo no cohesivo.

b) Grado de  – saturación Distancia por encima del NF. a

Fig. 16.4 Alturas capilares en un suelo.

La figura anterior muestra que no existe una relación única entre el grado de saturación y la altura sobre el nivel freático; esta relación depende de la historia el suelo.

La altura de ascenso capilar en un tubo capilar hc es: hc = 2 Ts cos  / R Ts tensión superficial del líquido  ángulo de contacto entre el líquido y el tubo R radio del tubo  peso específico del líquido

Si la columna de suelo estuviera inicialmente saturada y se permitiera su drenaje hasta alcanzar un estado estático, entonces la distribución de humedad estaría representada por la Línea A. hcx = nivel máximo «a» que podrá existir un canal continuo de agua por encima de la superficie de agua libre. Se denomina Altura capilar máxima. hcs = distancia desde la superficie libre hasta el punto «b» altura de saturación capilar. Se coloca la columna de suelo seco sobre el depósito de agua, la Línea B representará la distribución de la humedad de equilibrio y el ascenso capilar. Hcr = distancia desde la superficie libre del agua hasta el punto máximo a que puede ascender el agua capilar , punto c se denomina ascenso capilar. Hcn = distancia desde la superficie del agua libre a la máxima altura para la que existe saturación completa, punto d se denomina altura capilar mínima. Las Líneas A y B representan los dos casos límites de distribución de humedad capilar en la columna de suelo indicada.

Cualquier altura capilar asociada con el drenaje de un suelo estará comprendida y hcx entre hcs y la asociada con el ascenso capilar será intermedia entre hcr y hcn. Como el tamaño de los poros y el contacto aire  –  agua determinan la altura capilar, es razonable suponer, n el caso de una columna de agua descendente, que un pequeño poro puede desarrollar un mecanismo capaz de soportar el agua en poros mas grandes situados bajo su nivel, aunque no pueda hacer ascender el agua a través de estos huecos mayores. Se puede esperar por tanto que h cx sea mayor que hcr y que hcs supere a hcn. Entre los dos extremos h cx y hcn existen múltiples alturas capilares.

Es un concepto esencial el hecho de que el agua capilar se mantenga a una presión absoluta inferior a la de una atmósfera, es decir a una presión manométrica negativa.

Fig. 16.5 Presiones en el agua capilar.

El que la columna de suelo esté inicialmente seca y después se sumerja en agua o esté inicialmente saturada y se deje drenar no tiene influencia sobre la presión intersticial en un punto determinado. La presión intersticial a cualquier nivel de la columna es igual h w siempre que exista continuidad en el agua estática cualquiera sea el grado de saturación. Combinando ambos hechos se llega a la conclusión de que la presión intersticial no es una función única del grado de saturación sino que depende de la historia de la muestra de suelo.

Bibliografía: Braja , M. Das «Fundamentos de ingeniería geotécnica». Ed. Thomson Learning. Lambe, W y Whitman, Robert «Mecánica de suelos». Ed. Limusa. Terzaghi, K. y Peck, R. «Mecánica de suelos en la ingeniería práctica». Ed. Ateneo.