Permeabilidad de los suelos

SIGNIFICADO DE LAS PROPIEDADES HIDRAULICAS Y LA MECANICA DE SUELOS

CAPILARIDAD Y TENSION SUPERFICIAL
Cuando se altera la forma de la superficie de un líquido, de manera que el área aumente, es preciso realizar para ello un trabajo; éste se recupera cuando la superficie se retrae a su forma primitiva, de modo que la superficie en cuestión resulta capaz de almacenar energía potencial. Eltrabajo necesario para aumentar el área de una superficie líquida resulta ser, experimentalmente, proporcional a dicho aumento, definiéndose como coeficiente de tensión superficial a la relación entre ambos conceptos.

Por consiguiente:

Donde:
dw: es el trabajo necesario
dA: es el aumento de área del menisco.
Ts: fuerza de tensión superficial, que se mide en unidades de trabajo o energía entreunidades de área o sea, por ejemplo, en dinas/cm. Representa la fuerza por unidad de longitud, en cualquier línea sobre la superficie.


Es decir que Ts se puede tomar como la fuerza por unidad de longitud que actúa sobre una línea cualquiera que se encuentra sobre la superficie dA.
La tensión superficial del agua es de 75 dinas/cm
Como 1 gramo son 981 dinas: 75 dinas/cm = 0,0764 gr/cmPuede probarse que cuando un líquido presenta al aire una superficie curva (menisco), se genera en ese menisco curvo un desnivel de presión, de modo que la presión en el lado convexo es siempre menor que la existente en el lado cóncavo.
Una demostración particular de esta afirmación, para el caso de un menisco semiesférico se presenta en la Fig. 1.1.







Fig. 1.1. Menisco esférico formadoen el extremo inferior de un tubo
En el dispositivo de la figura anterior, se inyecta aire en un tubo de pequeño diámetro de aproximadamente 1 mm, a través de una boquilla, a una presión “p”. El líquido envasado en el extremo del tubo cede por la presión formando un menisco, que provoca un aumento en la superficie que encierra al tubo. Se demuestra que inmediatamente antes de que el menisco serompa al crecer “p”, adopta la forma de una semiesfera.
El área de la semiesfera es:

Siendo r el radio del menisco formado, que es igual al radio del tubo. Si ese radio varía a (r + dr), el área de la esfera se incrementará en:

El trabajo necesario para lograr ese incremento será:

En el lado cóncavo del tubo existe la presión p mientras que en el convexo obra pa (presión atmosférica), sise desprecia el pequeño aumento de presión hidrostática con la profundidad, bajo la superficie libre del líquido que rodea al tubo.
Considérese un elemento del área del menisco (ds). La fuerza neta que obra en esa área es:

Y cuando el área del menisco se incrementa dA, esa fuerza realizará un trabajo:

Ya que el dr es la distancia radial recorrida por el menisco. El trabajo total realizado enel incremento dA se puede obtener integrando la expresión anterior a toda el área del menisco, de modo que:

Al igualar:

De donde:

La fórmula anterior indica que la presión atmosférica “pa” en el lado convexo del menisco es siempre menor que la presión “p” en el cóncavo, que en el caso de este experimento, fue proporcionado con aire comprimido introducido en el tubo.

CONTRACCION ENSUELOS FINOS
Un suelo saturado exhibe primeramente una superficie brillante, que cambia a opaco al formarse, por evaporación, los meniscos cóncavos, en cada poro. Al irse evaporando el agua, va disminuyendo el radio de curvatura de esos meniscos y aumentando, por lo tanto, la presión capilar sobre las partículas sólidas, que por este efecto, se comprimen, la evaporación seguirá disminuyendo el radiode curvatura de los meniscos y comprimiendo la estructura del suelo, hasta un punto en que la presión capilar sea incapaz de producir mayor deformación; en ese momento comenzará la retracción de los meniscos hacia el interior de la masa de suelo. Físicamente ese momento está señalado por el cambio de tono del suelo, de oscuro a más claro.

En el suelo, los poros y canalículos ocupados por el...