Fenómeno Capilar Y Proceso De Contracción Del Suelo.docx
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FENÓMENO CAPILAR Y PROCESO DE CONTRACCIÓN DEL SUELO
TENSIÓN SUPERFICIAL •
Es la propiedad de un líquido en la interface “líquido – gas”, por la cual las moléculas de la superficie soportan fuerzas de tensión. Por ella, una masa de agua, acomodándose al área mínima forma gotas esféricas.
•
El valor de la tensión es de 73 dinas/cm ≈ 0,074 gf/cm
•
Este coeficiente se mide en unidades de trabajo (W) o energía entre unidades de área A y representa la fuerza por unidad de longitud en cualquier línea sobre la superficie.
•
Atracción intermolecular que la masa del líquido ejerce sobre aquellas moléculas situadas sobre la superficie
CAPILARIDAD •
Fenómeno debido a la tensión superficial, en virtud del cual un líquido asciende por tubos de pequeño diámetro y por entre láminas muy próximas. Pero no siempre ocurre así debido a que la atracción entre moléculas iguales (cohesión) y moléculas diferentes (adhesión) son fuerzas que dependen de las sustancias
•
Así, el menisco será cóncavo, plano o convexo, dependiendo de la acción combinada de las fuerzas de adherencia A y de cohesión C, que definen el ángulo α de contacto en la vecindad, y de la gravedad.
Angulo de contacto •
Producida por fuerzas de cohesión y adhesión
•
Cohesión: son debidas a las restantes moléculas
•
Adhesión: son debidas a las moléculas de las paredes del recipiente
•
Si α < 90° el menisco es cóncavo
•
Si α > 90° el menisco es convexo
•
El mercurio y el vidrio forman ángulos de orden 140°
Formación de meniscos en algunos materiales y sustancias
ASCENSIÓN CAPILAR •
Cuando un líquido está en contacto con las paredes de un tubo, la forma de su superficie se encorva.
•
Si el líquido es agua y las paredes del tubo son sólidas, el menisco es generalmente cóncavo
•
Si el tubo es capilar (de diámetro pequeño) las alteraciones de la superficie en toda la periferia producen una superficie (menisco), cuya forma tiende a la esférica.
Efectos capilares •
Ascensión capilar, donde altura de ascensión. ℎ=
2 𝑇𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑟 𝛾𝑤
•
Distribución de esfuerzos en un tubo capilar vertical
•
Esfuerzo del líquido inmediatamente debajo del menisco 𝑢 = ℎ 𝛾𝑤 =
2 𝑇𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 2 𝑇𝑠 = 𝑟 𝑅
Distribución de esfuerzos en un tubo capilar vertical - restringida •
La altura (h) del tubo capilar es más corto que la altura máxima de ascensión capilar (ℎ𝑐 )
Sistema de tubos capilares intercomunicados •
Todo los meniscos formados tendrán el mismo radio de curvatura en cada instante
•
Sin embargo si el sistema se extiende en dirección vertical abra diferencias de curvaturas a causa del peso del agua
Tubo capilar horizontal lleno de agua y expuesto a la evaporación •
La pared del tubo sufre reacciones de presión capilar
•
Estas reacciones tienden a cerrar el tubo y acortar su longitud
•
En toda la masa del agua entre los meniscos se generan tensiones, que producen en toda la pared del tubo, como reacción, esfuerzos de compresión que tienden a cerrarlo.
•
Una masa compresible atravesada por tubos capilares sujetos a evaporación se contraerán
Proceso de contracción en suelos finos •
un suelo saturado primeramente exhibe una superficie brillante, que cambia a opaco al formarse la evaporación, los meniscos cóncavos en cada poro.
•
Al irse evaporando va disminuyendo el radio de curvatura de esos meniscos y aumentado, por lo tanto la presión capilar sobre estas partículas sólidas, que por este efecto se comprime.
•
En el suelo los poros tienen tamaños muy variados y por tanto los poros de mayor tamaño se contraen primero.
•
Cada menisco se retraerá hasta llegar al diámetro mínimo.
•
El diámetro mínimo disminuye al disminuir la relación de vacíos.
•
En la intersección de las curvas A y B tendrá el mínimo volumen al que puede llegar por el proceso de secado, así se abra llegado al límite de contracción
TENSIÓN SUPERFICIAL •
Es la propiedad de un líquido en la interface “líquido – gas”, por la cual las moléculas de la superficie soportan fuerzas de tensión. Por ella, una masa de agua, acomodándose al área mínima forma gotas esféricas.
•
El valor de la tensión es de 73 dinas/cm ≈ 0,074 gf/cm
•
Este coeficiente se mide en unidades de trabajo (W) o energía entre unidades de área A y representa la fuerza por unidad de longitud en cualquier línea sobre la superficie.
•
Atracción intermolecular que la masa del líquido ejerce sobre aquellas moléculas situadas sobre la superficie
CAPILARIDAD •
Fenómeno debido a la tensión superficial, en virtud del cual un líquido asciende por tubos de pequeño diámetro y por entre láminas muy próximas. Pero no siempre ocurre así debido a que la atracción entre moléculas iguales (cohesión) y moléculas diferentes (adhesión) son fuerzas que dependen de las sustancias
•
Así, el menisco será cóncavo, plano o convexo, dependiendo de la acción combinada de las fuerzas de adherencia A y de cohesión C, que definen el ángulo α de contacto en la vecindad, y de la gravedad.
Angulo de contacto •
Producida por fuerzas de cohesión y adhesión
•
Cohesión: son debidas a las restantes moléculas
•
Adhesión: son debidas a las moléculas de las paredes del recipiente
•
Si α < 90° el menisco es cóncavo
•
Si α > 90° el menisco es convexo
•
El mercurio y el vidrio forman ángulos de orden 140°
Formación de meniscos en algunos materiales y sustancias
ASCENSIÓN CAPILAR •
Cuando un líquido está en contacto con las paredes de un tubo, la forma de su superficie se encorva.
•
Si el líquido es agua y las paredes del tubo son sólidas, el menisco es generalmente cóncavo
•
Si el tubo es capilar (de diámetro pequeño) las alteraciones de la superficie en toda la periferia producen una superficie (menisco), cuya forma tiende a la esférica.
Efectos capilares •
Ascensión capilar, donde altura de ascensión. ℎ=
2 𝑇𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 𝑟 𝛾𝑤
•
Distribución de esfuerzos en un tubo capilar vertical
•
Esfuerzo del líquido inmediatamente debajo del menisco 𝑢 = ℎ 𝛾𝑤 =
2 𝑇𝑠 𝑐𝑜𝑠𝛼 2 𝑇𝑠 = 𝑟 𝑅
Distribución de esfuerzos en un tubo capilar vertical - restringida •
La altura (h) del tubo capilar es más corto que la altura máxima de ascensión capilar (ℎ𝑐 )
Sistema de tubos capilares intercomunicados •
Todo los meniscos formados tendrán el mismo radio de curvatura en cada instante
•
Sin embargo si el sistema se extiende en dirección vertical abra diferencias de curvaturas a causa del peso del agua
Tubo capilar horizontal lleno de agua y expuesto a la evaporación •
La pared del tubo sufre reacciones de presión capilar
•
Estas reacciones tienden a cerrar el tubo y acortar su longitud
•
En toda la masa del agua entre los meniscos se generan tensiones, que producen en toda la pared del tubo, como reacción, esfuerzos de compresión que tienden a cerrarlo.
•
Una masa compresible atravesada por tubos capilares sujetos a evaporación se contraerán
Proceso de contracción en suelos finos •
un suelo saturado primeramente exhibe una superficie brillante, que cambia a opaco al formarse la evaporación, los meniscos cóncavos en cada poro.
•
Al irse evaporando va disminuyendo el radio de curvatura de esos meniscos y aumentado, por lo tanto la presión capilar sobre estas partículas sólidas, que por este efecto se comprime.
•
En el suelo los poros tienen tamaños muy variados y por tanto los poros de mayor tamaño se contraen primero.
•
Cada menisco se retraerá hasta llegar al diámetro mínimo.
•
El diámetro mínimo disminuye al disminuir la relación de vacíos.
•
En la intersección de las curvas A y B tendrá el mínimo volumen al que puede llegar por el proceso de secado, así se abra llegado al límite de contracción
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