Clase 9 SESION CAPILARIDAD ESFZO EFECTIVO

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MECÁNICA DE SUELOS
Cap. IV: Capilaridad en los suelos
FACULTAD DE INGENIERÍA
PROGRAMA ACADÉMICO DE INGENIERÍA CIVIL
Mgtr. Francisco Chávez
Ing. Jenny Sánchez
Presencia de aguas subterráneas
Presencia de aguas subterráneas
Origen del agua 
terrestre
gravedad
o gravitacional
corrientes
Nivel freático del agua
Suelos: masas de partículas discretas. Poros interconectados.
Movimiento del agua en los suelos
Nivel freático: presión del agua en los poros = presión atmosférica.
río, lago
Nivel freático del agua
CAPILARIDAD DE LOS SUELOS
Capilaridad
Es la cualidad que posee una sustancia de adsorber a otra. Sucede cuando
las fuerzas intermoleculares adhesivas entre el líquido y el sólido son
mayores que las fuerzas intermoleculares cohesivas del líquido. Esto causa
que el menisco tenga una forma cóncava cuando el líquido está en contacto
con una superficie vertical. En el caso del tubo delgado, éste succiona un
líquido incluso en contra de la fuerza de gravedad. Este es el mismo efecto
que causa que materiales porosos absorban líquidos.
El agua capilar se retiene por encima del NF mediante tensión superficial.
Tensión superficial
Fuerza de atracción que se desarrolla en la interfase (superficie) entre
materiales de diferentes estados físicos: líq./gas; sólido/líq.
Interfase agua/aire
CAPILARIDAD DE LOS SUELOS
Un aparato comúnmente empleado para demostrar la capilaridad es el tubo
capilar; cuando la parte inferior de un tubo de vidrio se coloca
verticalmente, en contacto con un líquido como el agua, se forma un
menisco cóncavo; la tensión superficial succiona la columna líquida hacia
arriba hasta que el peso del líquido sea suficiente para que la fuerza de la
gravedad se equilibre con las fuerzas intermoleculares.
CAPILARIDAD DE LOS SUELOS
El peso de la columna líquida es proporcional al cuadrado del diámetro del
tubo, por lo que un tubo angosto succionará el líquido más arriba que un
tubo ancho. Así, un tubo de vidrio de 0,1 mm de diámetro levantará una
columna de agua de 30 cm. Cuanto más pequeño es el diámetro del tubo
capilar mayor será la presión capilar y la altura alcanzada. En capilares de 1
µm (micrómetro) de radio con una presión de succión 1,5*103hPa
(hectopascal = hPa = 1,5atm), corresponde a una altura de columna de agua
de 14 a 15 m.
En la naturaleza, los tubos capilares que se presentan en los suelos, no suelen
ser regulares y de sección constante como un tubo capilar de laboratorio, sino
que estos tubos capilares se presentan de ancho variable y se comunican entre
sí generando una malla. Cuando esta malla está en contacto con el nivel freático,
por la parte inferior, el suelo se satura totalmente. Más arriba el agua sólo ocupa
los vacíos pequeños y los mayores quedan con aire
Si analizamos la presencia del agua en el interior de un suelo por causa de la
capilaridad, veremos que se producen unos esfuerzos, los cuales generarán
la compresión del suelo. Para que se presente la capilaridad del agua
freática en un suelo, se debe tener en cuenta que el suelo debe ser fino, de
tal manera que los poros que haya entre las partes sólidas del suelo, sean
tan pequeños como un tubo capilar. Si tenemos un suelo como una grava
gruesa, se anulará el fenómeno de capilaridad, por lo que estos suelos se
utilizan en la construcción como filtros para detener el nivel freático cuando
se encuentra alto.
PROBLEMAS DE LA CAPILARIDAD 
EN LAS OBRAS DE INGENIERIA CIVIL
Uno de los grandes problemas que tiene
el proceso de capilaridad del agua
freática en la construcción, es que al
subir el agua en las edificaciones ya
acabadas, se humedecen los cimientos
de las diferentes estructuras,
provocando la corrosión del acero de
refuerzo en los cimientos, inclusive, si
las condiciones lo permiten (nivel
freático alto, continuidad de tubos
capilares, diámetro de los tubos en la
parte en contacto con la atmósfera es lo
suficientemente pequeño), el agua por
capilaridad alcanza a subir por las
paredes y los acabados de la edificación,
una solución es cambiar el suelo sobre
el que va a descansar el cimiento por un
suelo grueso que no permita el ascenso
capilar de la napa freática.
Cuando el suelo contiene sales
solubles como sulfatos, cloruros, entre
otros, estos suben disueltos con el
agua de capilaridad, generando
acumulaciones salitrosas en las
paredes de las edificaciones.
PROBLEMAS DE LA CAPILARIDAD EN LAS OBRAS DE INGENIERIA CIVIL
Respecto a la construcción de vías en general, como calles, carreteras,
pistas, autopistas, aeropuertos, etc. es importante tener en consideración
que el si el nivel freático estará próximo al paquete estructural de la vía, se
debe considerar como solución al problema de capilaridad , la colocación de
una capa granular sobre la subrasante y antes del inicio de la construcción
del paquete estructural, de tal forma que este filtro impida el ascenso de
aguas por capilaridad .
Agua capilar
Suelo saturado con humedad capilar
Agua capilar
Succión del suelo
La presión negativa en 
los poros capilares 
correspondiente a hc
Elevación 
Capilar Máx
hc
es una medida de la 
Succión que el suelo 
ejerce sobre el agua en 
los poros
Succión del suelo
Índice de succión del suelo = Índice pF
Índice pF = log10 (Elevación Capilar Máx en cm)
Índice pF = log10 hc = [0;7]
Arenas: hc raras veces excede 50cm
pF = 1.7
Las fuerzas que interactúan entre las partículas de un suelo se pueden
resumir entre fuerzas normales y tangenciales en el punto de contacto de
las partículas individuales del suelo, tales fuerzas son las resultantes de
diferentes interacciones entre las partículas como presiones de contacto,
fuerzas de tensión superficial del agua intersticial, etc.
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
σ total en un punto en un perfil del suelo, 
está formado por:
 Presiones intergranulares
 Presiones de poro del aire (ua)
 Presiones de poro del agua (uw)
Esfuerzos en una masa de suelo
Suelo: fase sólida + fase líquida + fase gaseosa.
Volumen de suelo:
Partículas sólidas distribuidas al azar.
Espacios vacíos: poros.
Poros interconectados.
Espacios vacíos: agua, aire, o ambos.
 Compresibilidad de suelos
 Capacidad de carga de cimentaciones
Concepto de σ efectivo
Esfuerzo de la parte 
sólida del suelo
En un suelo real, evidentemente, es imposible estudiar las fuerzas existentes en cada 
punto de contacto. Mas bien es necesario emplear el concepto de esfuerzo, el cual 
estará presente como consecuencia del peso propio de la misma masa de suelo, y por 
efecto de las fuerzas aplicadas.
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
Presión total sobre el punto “O”
Presión de contacto entre granos 
de suelo o presión efectiva σ´
Presión de poros por agua 
intersticial u
Esfuerzos en una masa de suelo
Concepto de σ efectivo:
Respuesta del Agua 
en los espacios 
vacíos: “esfuerzo de 
poros”
μ
σnormal total 
(profundidad en una masa de suelo)
Por lo tanto: σnormal total = σ’ + μ
Respuesta del esqueleto 
del suelo en los puntos de 
contacto de las partículas: 
“esfuerzo efectivo”
σ'
Esfuerzos en una masa de suelo
Concepto de σ efectivo:
Por lo tanto: σtotal = σ’ + μ
Si deseamos conocer el esfuerzo efectivo del suelo:
σ’ = σtotal - μ
El esfuerzo efectivo será la diferencia del esfuerzo total menos el esfuerzo de poros
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
Esfuerzos Verticales y Normales TOTAL y EFECTIVO debidos al peso propio
Nivel Piezométrico
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
Esfuerzos Verticales y Normales TOTAL y EFECTIVO debidos al peso propio
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO
ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO