capilaridad

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. La tensión superficial explica “el rebote de una piedra” lanzada al agua. La tensión superficial se expresa con T y se define como la fuerza en Newton pormilímetro de longitud de superficie, que el agua es capaz de soportar.

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 lassustancias (Figura 1). 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 de contacto en la vecindad, y de la gravedad.



NOTA: El tamaño de los poros del suelo es ϕ/5, en suelos granulares.
Sean: hc= altura capilar de ascenso del agua, en un tubo de estrecho radio R, parcialmente sumergido.α= el ángulo del menisco con el tubo capilar. T = tensión superficial dentro del tubo capilar. El agua asciende contra la presión UW, a la que se suma la presión atmosférica sobre toda la superficie del fluido. Pa = presión atmosférica (el aire pesa), que se compensa.





Altura de ascensión capilar

Para el estudio de la ascensión capilar se observa lo que ocurre en un tubo de vidriode diámetro pequeño sumergido en el agua, que contiene una cubeta. Las fuerzas capilares provocan la ascensión del nivel de agua en el tubo hasta una altura hc: altura de ascensión capilar. La suma de fuerzas horizontales se anula (por estar diametralmente opuestas), y la suma de fuerzas verticales se compensa con el peso de la columna de agua ascendida (figura 2.5). Así se tiene Ts.cosα a lolargo de todo el perímetro circular del tubo en esa sección y a la altura hc, o sea:

Ts.cos α 2 π r = π ·r2 hc γw de donde se deduce la hc:
hc = 2 Ts cos α / r γwdonde:
TS: tensión superficial, en (g/cm), la cual disminuye al aumentar la temperatura (a 15o C, la tensión superficial es TS = 0,075 g/cm); γw: peso específico del agua, que a temperatura ambiente (más de 4o) se considera igual a 1g/cm3; α: ángulo de contacto de la superficie del agua con las paredes del tubo, superficie llamada menisco, generalmente cóncava -aunque con mercurio el menisco es convexo- El valor de α depende de los materiales puestos en contacto. En los suelos se suele considerar el valor de cos α entre 0,5 y 0,9.
Esto resume la ley de Jurín, que expresa que la ascensión capilar es inversamente proporcionalal radio del tubo.


El Agua En La Masa Del Suelo
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 sí en toda dirección, constituyendo un enrejado de vacíos.



Altura o carga capilar (hc)

Columna de agua que elsuelo puede mantener en forma capilar.

hc es inversamente proporcional a diámetro de poros

hc = f (e, D10)

Suelos: Número casi infinito de poros  No existe única hc pero sí existe rango posible de hc.


Alturas Capilares en Suelos




















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.
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...