Informe de Capilaridad[1]

Universidad Privada del Norte

INGENIERIA CIVIL

Curso: Mecánica de Fluidos 1

Ingeniero: Luis Vásquez Ramírez.

Tema: Capilaridad

Alumnos: Astopilco Valiente Alexander.Guevara Gonzales Kelvin.Saucedo Ruiz Luis Ángel.Martiarena Muñoz Diana.Ríos Chávez Katherine.

Ciclo: Sexto.

I. INTRODUCCIÓN

La capilaridad es una propiedad de los líquidos que depende de su tensión superficial (la cual a su vez, depende de la cohesión o fuerza intermolecular del líquido), que le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar.

Cuando un líquido sube por un tubo capilar, es debido a que la fuerza intermolecular (o cohesión intermolecular) entre sus moléculas es menor a la adhesión del líquido con el material del tubo; es decir, es un líquido que moja.

Una de los grandes problemas que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en la construcción, es que al subir esta agua, se humedecen los cimientos de las diferentes estructuras, provocando la corrosión del acero de refuerzo en los cimientos, y algunas veces esta agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcanza a subir por capilaridad a las paredes de la edificación, generándose problemas en los ladrillos y los acabados de la edificación.

Ing. Luis Vásquez Ramírez 2

INGENIERIA CIVIL

Curso: Mecánica de Fluidos 1

Ingeniero: Luis Vásquez Ramírez.

Tema: Capilaridad

Alumnos: Astopilco Valiente Alexander.Guevara Gonzales Kelvin.Saucedo Ruiz Luis Ángel.Martiarena Muñoz Diana.Ríos Chávez Katherine.

Ciclo: Sexto.

II. OBJETIVOS

Construir un instrumento que nos permita visualizar la capilaridad del agua en diferentes tipos de agregados y suelo.

Analizar la capilaridad de los agregados (arena fina y grava) y suelo (arcilla).

Conocer en que clases de agregados o suelos la capilaridad es mayor.

Revisar la existencia de la capilaridad.

Determinación del diámetro de poros.


III. MARCO TEORICO

III.1. Fluido:

Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.

III.2. La capilaridad:

La capilaridad es una propiedad de los fluidos, debida a la tensión superficial, por medio de la cual un líquido asciende por tubos de pequeño diámetro (máximo 5mm) y por entre láminas muy próximas. La capilaridad depende de muchos factores, tales como el material del que está fabricado el tubo o lámina, del fluido, de las fuerzas de adhesión y cohesión existentes entre el fluido y el otro material; todas estas características determinarán la forma del menisco en la superficie del fluido dentro del capilar, así como también la altura a la que éste llegará.

“La atracción adhesiva hacia el vidrio es mayor que la adhesión intermolecular del agua”.


III.3. Tubo capilar: Un tubo capilar es una conducción de fluido muy estrecha y de pequeña sección circular. Su nombre se origina en similitud con el espesor del cabello, y es en estos tubos en los que se manifiestan los fenómenos de capilaridad.Por su parte, estos pueden estar hechos de distintos materiales como vidrio, cobre, aleaciones metálicas, etc., conforme el uso y aplicación.

III.4. 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 por milímetro de longitud de superficie, que el agua es capaz de soportar. (Millar.1993)


III.5. Aplicación de la Capilaridad en la Ingeniería Civil: Para poder calcular la altura máxima que puede alcanzar un fluido en un capilar, se hace necesario hacer un análisis de las fuerzas que intervienen en el sistema fluido – capilar, así:

Se realiza sumatoria de fuerzas en el eje y, de la siguiente forma:

∑ F y=0

2πR+T cos α+π R2=0

Donde:R: radio del menisco.α: ángulo del menisco con el capilar.T: Tensión superficial dentro del capilar.Uw: Presión.

Luego, despejando la presión se tiene que:

Uw=−2T cos α

RComo:


Uw = - h * ρ, que es la presión expresada en columna de líquido:

h=2T cos αρR

III.6. Aplicación de la Capilaridad en la Ingeniería Civil(En la Construcción):

III.6.1. Capilaridad de aguas Freáticas:

Conocemos el proceso de capilaridad como el ascenso que tiene un líquido al

estar en contacto con las paredes de un tubo de diámetro pequeño. Si tomamos

la masa de suelo, como un gran conjunto de poros, los cuales están comunicados,

tendríamos una gran red de tubos capilares, los cuales permiten el efecto de

capilaridad del agua freática.

Al subir el agua por un tubo capilar, esta produce unos esfuerzos de tensión en la

parte superior del agua que está dentro del tubo capilar.

Para que se presente la capilaridad del agua freática en un suelo, se debe tener en

cuenta que el suelo debe ser fino, para que los poros que haya entre las partes

sólidas del suelo, sea tan pequeño como un tubo capilar. Si tenemos un suelo

como una grava gruesa, no se producirá el fenómeno de capilaridad, haciendo así

estos suelos gruesos muy apetecidos en la construcción cuando se tienen niveles

freáticos altos.

“En conclusión podemos decir que la capilaridad del agua dentro de un suelo,

produce unos esfuerzos de tensión, los cuales generarán la compresión de este”.

III.6.2. En la construcción.

La capilaridad define el conjunto de fenómenos que tienen lugar en la interacción

de líquidos y sólidos de pequeño espesor, de una manera mas clara podemos

definir la capilaridad como la forma en la cual el agua es atraída hacia las paredes

de las losas, a través de unos poros de pocas dimensiones. Muchos profesionales

de la construcción están de acuerdo de que la capilaridad se puede disminuir si

existe cierta responsabilidad.

La capilaridad amenaza la vivienda con mayor fuerza que el moho, se dice que es

crucial para el mantenimiento de la estructura de la casa. Hay que destacar que


cuando los materiales están mojados tienden a podrirse, es por ello que deben de

ser reemplazados.

III.6.3. Problemas de capilaridad en la construcción

Una de los grandes problemas que tiene el proceso de capilaridad del agua freática en la construcción, es que al subir esta agua, se humedecen los cimientos de las diferentes estructuras, provocando la corrosión del acero de refuerzo en los cimientos, y algunas veces esta agua freática, cuando los niveles son muy altos, alcanza a subir por capilaridad a las paredes de la edificación, generándose problemas en los ladrillos y los acabados de la edificación.

Una solución a este problema es cambiar el suelo sobre el que descansa el cimiento, por un suelo más grueso, que no permita la capilaridad del agua freática. También encontramos soluciones de aditivos para el concreto (inclusores de aire), para poder generar impermeabilidad en este, y de morteros para recubrir estructuras (sika 101) con el fin de ganar impermeabilidad.

IV. MATERIAL Y PRECEDIMIENTO

IV.1. Materiales:

Instrumento de capilaridad

Franela

Suelo arcilloso

Arena fina

Graba TMN ½”

Agua potable

Cronometro

IV.2. Procedimiento:


i. Cubrir la malla con la franela para que sirva de filtro, luego llenar de arcilla hasta unos 5 cm de alto.

ii. Verter agua en el instrumento hasta llegar a la parrilla o malla, debe pasar 1 cm de la malla para poder observar el fenómeno de capilaridad.

iii. Controlar un tiempo de 5 minutos y medir hasta que altura ha ascendido el agua.

iv. Medir esa altura de ascensión de agua.

v. Poner el segundo material a experimentar, que sería la grava y procedemos a hacer lo mismo que con la arcilla controlando en un tiempo de 5 minutos con el cronómetro y medimos la altura ascendida.

vi. Poner el tercer material a experimentar, la arena fina y el procedimiento es el mismo que la de la arcilla controlando 5 minutos y medimos la altura ascendida.

vii. Ahora vemos la ascensión del agua pero con los 3 materiales la arcilla, la grava y la arena fina y en un tiempo de 5 minutos vemos la ascensión del agua a los materiales.


V. ANÁLISIS Y RESULTADOS

V.1.Caso para Arcilla:

r=2σcosθγH

σ=72.8 dinacm

; γ=1000kg

m3

θ=0 ; cos 0=1

H=3 cm

r=2x ¿¿

r=0.050cm

El diámetro de poros de la arcilla es 0.1 cm


H= 5cm – 1cm = 4cm

Tiempo Altura5 min 3.00 cm

En este caso la arcilla presenta muchos nutrientes minerales, tiene una alta capacidad de retención de agua y presenta poco drenaje; es por eso que la ascensión de agua es rápida.

V.2.Caso para Arena:

r=2σcosθγH

σ=72.8 dinacm

; γ=1000kg

m3

θ=0 ; cos 0=1

H=3.6 cm

r=2x ¿¿

r=0.041cm

El diámetro de poros de la arena fina es 0.082 cm


H= 5cm – 1cm = 4cm

Tiempo Altura1 min 3.6 cm

En este caso debido a la cantidad de espacio de los poros es pequeña, tiene baja capacidad de retención al agua, ya que este suelo es muy permeable; es por eso que el agua asciende en forma rápida.

V.3.Caso para Grava:

r=2σcosθγH

σ=72.8 dinacm

; γ=1000kg

m3

θ=0 ; cos 0=1

H=2.59 cm

r=2x ¿¿

r=0.057cm

El diámetro de poros de la Grava es 0.114 cm


H= 5cm – 1cm = 4cm

Tiempo Altura05 min 2.59

En este caso la capacidad de retención de agua en la grava es pequeña ya que sus espacios porosos son muy grandes y esos hacen que la capilaridad casi desaparezca

V.4.Caso para Grava, Arena y Arcilla:

r=2σcosθγH

σ=72.8 dinacm

; γ=1000kg

m3

θ=0 ; cos 0=1

H=2.59 cm

r=2x ¿¿

r=0.048cm


H= 5cm – 1cm = 4cm

Tiempo Altura05 min 3.10

En este caso se vio que el agua ascendió con

dificultad y hasta un altura determinada debido

a que los poros entre cada roca son muy

grandes para qué se produzca el fenómeno de

capilaridad.

V.5.Caso Arcilla, Arena y Grava:


En este caso se vio que el agua ascendió

rápidamente por la arcilla, la arena fina llegando

al agregado grueso o grava en esta parte el

agua ya no ascendió con tan facilidad debido a

que sus poros de había entre cada roca era muy

grandes para qué se produzca el fenómeno de

capilaridad a diferencia que si ocurrió con la

arena.

VI. Conclusiones:

Observamos que el fenómeno de la capilaridad no se da por igual en los distintos suelos, siendo en algunos el ascenso del agua más rápido tardando pocos minutos en algunos casos y en otros pudiéndose demorar hasta un día entero.

Saber el mecanismo de la capilaridad es determinante para saber cómo actuar en un determinado suelo para definir el pro y el contra de la labor que se va hacer en el suelo.

Conocer cuando es bueno o malo la capilaridad y dar la solución depende del conocimiento que tengamos sobre esta ascensión de agua.

Con los experimentos hechos podemos dar soluciones en cualquier tipo de suelo agregando convenientemente capas de material o mejorando la resistencia del mismo.

Con la determinación de poros podemos saber cuál es la mejor opción para colocar los agregados o en suelos cual el mejor terreno para una construcción.


VII. Recomendaciones:

Seguir con las investigaciones de este tipo de trabajos ya que nos brinda conocimientos que son indispensables para nuestra formación estudiantil.

Realizar Prácticas de campo para tener una concepción más real de lo que se investiga.

Se debe hablar acerca del tema de investigación una vez presentado el informe (Práctica) con el fin de resolver las dudas e incógnitas que se puedan acarrear en el proceso de investigación.

Se tiene que realizar este tipo de análisis para ver cómo será el comportamiento del agua ya sea para la construcción y agricultura.

Realizar pruebas y comparaciones de capas de suelo en distintas posiciones buscando la más adecuada.

Se recomienda dejar espacios de aire de lo contrario el agua ascenderá por presión y no por capilaridad


VIII. Anexos:


FOTO Nº01

Para realizar el ensayo tenemos un recipiente de vidrio de forma tubular y una malla ubicada a 13 cm de la base del recipiente y cubrimos la malla con una franela para que sirva como filtro, luego llenar de grava hasta unos 5 cm de alto.


FOTO Nº02

Verte agua en el instrumento hasta llegar a la parrilla o malla debe pasar 1 cm de la malla para poder observar el fenómeno de capilaridad en la grava.


FOTO Nº03

Controlar en un tiempo de 5 minutos la ascensión de agua en la grava y luego medimos esa distancia para determinar que tanto deja pasar el agua este material.

FOTO Nº02

Verte agua en el instrumento hasta llegar a la parrilla o malla debe pasar 1 cm de la malla para poder observar el fenómeno de capilaridad en la grava.


FOTO Nº03

Controlar en un tiempo de 5 minutos la ascensión de agua en la grava y luego medimos esa distancia para determinar que tanto deja pasar el agua este material.

FOTO Nº04

Ahora vemos la ascensión de agua pero con los tres materiales la grava, arena fina y arcilla; en un tiempo de 5 minutos vemos cuanto es que subió el agua a los materiales.

IX. Bibliografía:

http://www.arqhys.com/arquitectura/capilaridad-construccion.html

http://www.constructorcivil.org/2010/01/problemas-de-capilaridad-en-la.html

http://www.euroresidentes.com/jardineria/sistemas_de_riego/riego/riego_en_casa/capilaridad.htm

http://ingevil.blogspot.com/2008/09/capilaridad.html

http://www.construaprende.com/t/04/T4p3.php


http://www.construaprende.com/t/04/T4p3.php

http://ingevil.blogspot.com/2008/09/capilaridad.html



http://www.constructorcivil.org/2010/01/problemas-de-capilaridad-en-la.html

http://www.arqhys.com/arquitectura/capilaridad-construccion.html

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Informe de Capilaridad[1]