SaturaciSaturacióónnConceptos bConceptos báásicossicos

Fuerzas intermolecularesFuerzas intermolecularesLas Las fuerzas intermolecularesfuerzas intermoleculares o o CohesiCohesióón intermolecularn intermolecular son fuerzas son fuerzas electromagnelectromagnééticas las cuales actticas las cuales actúúan entre an entre molmolééculasculas o entre regiones ampliamente o entre regiones ampliamente distantes de una distantes de una macromolmacromolééculacula. En ordenes decrecientes de fuerzas, las fuerzas . En ordenes decrecientes de fuerzas, las fuerzas intermoleculares son:intermoleculares son:La cohesiLa cohesióón es distinta de la adhesin es distinta de la adhesióón; la cohesin; la cohesióón es la fuerza de atraccin es la fuerza de atraccióón entre n entre partpartíículas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la culas adyacentes dentro de un mismo cuerpo, mientras que la adhesiadhesióónn es la es la interacciinteraccióón entre las superficies de distintos cuerpos.n entre las superficies de distintos cuerpos.En los En los gasesgases, la fuerza de cohesi, la fuerza de cohesióón puede observarse en su licuefaccin puede observarse en su licuefaccióón, que tiene n, que tiene lugar al comprimir una serie de mollugar al comprimir una serie de molééculas y producirse fuerzas de atracciculas y producirse fuerzas de atraccióón n suficientemente altas para proporcionar una estructura lsuficientemente altas para proporcionar una estructura lííquida.quida.En los En los llííquidosquidos, la cohesi, la cohesióón se refleja en la tensin se refleja en la tensióón superficial, causada por una n superficial, causada por una fuerza no equilibrada hacia el interior del lfuerza no equilibrada hacia el interior del lííquido que actquido que actúúa sobre las mola sobre las molééculas culas superficiales, y tambisuperficiales, y tambiéén en la transformacin en la transformacióón de un ln de un lííquido en squido en sóólido cuando se lido cuando se comprimen las molcomprimen las molééculas lo suficiente.culas lo suficiente.En los En los ssóólidoslidos, la cohesi, la cohesióón depende de cn depende de cóómo estmo estéén distribuidos los n distribuidos los áátomos, las tomos, las molmolééculas y los iones, lo que a su vez depende del estado de equilibculas y los iones, lo que a su vez depende del estado de equilibrio (o rio (o desequilibrio) de las partdesequilibrio) de las partíículas atculas atóómicas. Muchos compuestos orgmicas. Muchos compuestos orgáánicos, por nicos, por ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los ejemplo, forman cristales moleculares, en los que los áátomos esttomos estáán fuertemente n fuertemente unidos dentro de las molunidos dentro de las molééculas, pero culas, pero ééstas se encuentran poco unidas entre sstas se encuentran poco unidas entre síí

DefiniciDefinicióón de capilaridadn de capilaridadLa La capilaridadcapilaridad es la cualidad que posee es la cualidad que posee una sustancia de absorber a otra. En el una sustancia de absorber a otra. En el caso del caso del tubotubo delgado, se succiona un delgado, se succiona un llííquido en contra de la fuerza de quido en contra de la fuerza de gravedadgravedad. . Sucede cuando las Sucede cuando las fuerzas intermolecularesfuerzas intermolecularesadhesivas entre el adhesivas entre el llííquidoquido y el y el ssóólidolido son son mmáás fuertes que las fuerzas s fuertes que las fuerzas intermoleculares cohesivas entre el lintermoleculares cohesivas entre el lííquido. quido. Esto causa que el Esto causa que el meniscomenisco tenga una forma tenga una forma ccóóncavancava cuando el lcuando el lííquido estquido estáá en contacto en contacto con una superficie vertical. Este es el mismo con una superficie vertical. Este es el mismo efecto que causa que materiales porosos efecto que causa que materiales porosos absorban labsorban lííquidos.quidos.Un aparato comUn aparato comúún usado para demostrar la n usado para demostrar la capilaridad es el capilaridad es el tubo capilartubo capilar. Cuando la . Cuando la parte inferior de un tubo de vidrio se coloca parte inferior de un tubo de vidrio se coloca verticalmente en un lverticalmente en un lííquido como el quido como el aguaagua, , se forma un se forma un meniscomenisco ccóóncavoncavo. La . La tensitensióón n superficialsuperficial succiona la columna lsucciona la columna lííquida hacia quida hacia arriba hasta que el peso del larriba hasta que el peso del lííquido sea quido sea suficiente para que la fuerza gravitacional suficiente para que la fuerza gravitacional sobreponga a las fuerzas intermoleculares. sobreponga a las fuerzas intermoleculares. El peso de la columna lEl peso de la columna lííquida es quida es proporcional al cuadrado del diproporcional al cuadrado del diáámetro del metro del tubo, por lo que un tubo angosto succionartubo, por lo que un tubo angosto succionarááel lel lííquido mquido máás arriba que un tubo ancho.s arriba que un tubo ancho.

TensiTensióón superficialn superficialSe denomina Se denomina tensitensióón superficialn superficial al fenal fenóómeno por el cual la superficie de un meno por el cual la superficie de un llííquidoquidotiende a comportarse como si fuera una delgada peltiende a comportarse como si fuera una delgada pelíícula elcula eláástica stica A nivel microscA nivel microscóópico, la tensipico, la tensióón superficial se debe a que las n superficial se debe a que las fuerzasfuerzas que afectan a que afectan a cada cada molmolééculacula son diferentes en el interior del lson diferentes en el interior del lííquido y en la superficie. Asquido y en la superficie. Asíí, en el , en el seno de un lseno de un lííquido cada molquido cada moléécula estcula estáá sometida a fuerzas de atraccisometida a fuerzas de atraccióón que en n que en promedio se anulan. Esto permite que la molpromedio se anulan. Esto permite que la moléécula tenga una cula tenga una energenergííaa bastante baja. bastante baja. Sin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interSin embargo, en la superficie hay una fuerza neta hacia el interior del lior del lííquido. quido. Rigurosamente, si en el exterior del lRigurosamente, si en el exterior del lííquido se tiene un quido se tiene un gasgas, existir, existiráá una muna míínima nima fuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta ffuerza atractiva hacia el exterior, aunque en la realidad esta fuerza es despreciable uerza es despreciable debido a la gran diferencia de debido a la gran diferencia de densidadesdensidades entre el lentre el lííquido y el gas.quido y el gas.La tensiLa tensióón superficial tiene como principal efecto la tendencia del ln superficial tiene como principal efecto la tendencia del lííquido a disminuir quido a disminuir en lo posible su superficie para un en lo posible su superficie para un volumenvolumen dado, de aqudado, de aquíí que un lque un lííquido en ausencia quido en ausencia de de gravedadgravedad adopte la forma esfadopte la forma esféérica, que es la que tiene menor relacirica, que es la que tiene menor relacióón n áárea/volumen.rea/volumen.EnergEnergééticamente, las molticamente, las molééculas situadas en la superficie tiene una mayor energculas situadas en la superficie tiene una mayor energíía a promedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendenpromedio que las situadas en el interior, por lo tanto la tendencia del sistema sercia del sistema seráá a a disminuir la energdisminuir la energíía total, y ello se logra disminuyendo el na total, y ello se logra disminuyendo el núúmero de molmero de molééculas culas situadas en la superficie, de ahsituadas en la superficie, de ahíí la reduccila reduccióón de n de áárea hasta el mrea hasta el míínimo posiblenimo posible

ÁÁngulo de contactongulo de contactoEl El áángulo de contacto es el ngulo de contacto es el áángulo en el ngulo en el cual entran en contacto una interfasecual entran en contacto una interfaseliquida/gaseosa con una superficie sliquida/gaseosa con una superficie sóólida, el lida, el áángulo de contacto es especifico para un ngulo de contacto es especifico para un sistema dado y esta determinado por las sistema dado y esta determinado por las interacciones entre las interfaces interacciones entre las interfaces participantes. El participantes. El áángulo de contacto se mide ngulo de contacto se mide con un aparato llamado gonicon un aparato llamado gonióómetro.metro.En superficies hidrEn superficies hidróófilas una gota de agua filas una gota de agua se expenderse expenderáá completamente (un completamente (un áángulo ngulo efectivo de 0efectivo de 0ºº) esto ocurre para superficies ) esto ocurre para superficies que tienen gran afinidad con el agua. En que tienen gran afinidad con el agua. En superficies hidrofobicas las cuales son superficies hidrofobicas las cuales son incompatibles con el agua se observan incompatibles con el agua se observan áángulos de contacto entre 70ngulos de contacto entre 70ºº y y 9090ºº.algunas superficies tienen un .algunas superficies tienen un áángulo de ngulo de contacto con el agua de 150contacto con el agua de 150ºº o inclusive o inclusive 180180ºº a estas superficies se les llama a estas superficies se les llama superhidrofobicas. El superhidrofobicas. El áángulo de contacto ngulo de contacto provee informaciprovee informacióón de la energn de la energíía de a de interacciinteraccióón entre el liquido y la superficien entre el liquido y la superficie

la cantidad de agua la cantidad de agua presente en el suelo es presente en el suelo es conocido como grado de conocido como grado de saturacisaturacióón. Esta n. Esta formalmente definido formalmente definido como el volumen de agua como el volumen de agua en los poros dividido por en los poros dividido por el espacio total de los el espacio total de los poros, por tanto si poros, por tanto si designamos el grado de designamos el grado de saturacisaturacióón con S y lo n con S y lo expresamos como un expresamos como un porcentaje tenemos que:porcentaje tenemos que:

100a

p

VS XV

=

SaturaciSaturacióónnNotar que la saturaciNotar que la saturacióón n decrece asintoticamente muy decrece asintoticamente muy rráápido encima de la marca de pido encima de la marca de 50 cm. en la columna. La 50 cm. en la columna. La forma de esta curva cuando la forma de esta curva cuando la saturacisaturacióón es menor que n es menor que 100% depende mucho del tipo 100% depende mucho del tipo de suelo. Un suelo grueso de suelo. Un suelo grueso arenoso mostrara un rarenoso mostrara un ráápido pido decremento en la saturacidecremento en la saturacióón n con la altura y un suelo de con la altura y un suelo de grano fino mostrara un grano fino mostrara un decremento lento. En general decremento lento. En general suelos de grano fino suelos de grano fino mantendrmantendráán agua mas n agua mas ffáácilmente que lo que hacen cilmente que lo que hacen los suelos de grano gruesolos suelos de grano grueso

SaturaciSaturacióónnExaminando las Examinando las cuervas de la figura cuervas de la figura observamos que observamos que existe una relaciexiste una relacióón n entre la saturacientre la saturacióón de n de agua y la presiagua y la presióón. n. Encontramos que la Encontramos que la saturacisaturacióón decrece n decrece conforme la presiconforme la presióón n manommanoméétrica se hace trica se hace mas negativamas negativa

g atmp p p= −

Franja capilar y Water tableFranja capilar y Water tableEl punto donde la presiEl punto donde la presióón n es cero se le llama water es cero se le llama water tabletableencima del nivel water encima del nivel water table hay una zona que table hay una zona que aun esta saturada aun esta saturada aunque la presiaunque la presióón es n es negativa. Esta zona es la negativa. Esta zona es la franja capilar. Encima de franja capilar. Encima de la zona capilar la la zona capilar la saturacisaturacióón decrece n decrece conforme la elevaciconforme la elevacióón n aumenta.aumenta.

Capilaridad en suelosCapilaridad en suelosPara entender porque el Para entender porque el agua llega a diferentes agua llega a diferentes elevaciones en distintos elevaciones en distintos tipos de suelos es tipos de suelos es necesario recurrir a un necesario recurrir a un experimento simple. Se experimento simple. Se colocan los extremos de colocan los extremos de dos tubos de vidrio dos tubos de vidrio transparentes ( tubos transparentes ( tubos capilares) de distinto capilares) de distinto radio en una cuba de radio en una cuba de aguaagua

Capilaridad en suelosCapilaridad en suelosminutos despuminutos despuéés los s los niveles de agua en cada niveles de agua en cada tubo, se observa que el tubo, se observa que el agua ha entrado a los agua ha entrado a los tubos y se ha elevado tubos y se ha elevado mas allmas alláá del nivel de la del nivel de la cuba, ademcuba, ademáás el nivel en s el nivel en el tubo mas delgado se el tubo mas delgado se ha elevado ha elevado significativamente mas significativamente mas que en el tubo con mayor que en el tubo con mayor radio. De aquradio. De aquíí se se concluye que el nivel de concluye que el nivel de agua depende del radioagua depende del radio

PresiPresióónnPara entender el significado de Para entender el significado de esta observaciesta observacióón se utiliza el n se utiliza el hecho que en puntos abajo de hecho que en puntos abajo de la superficie del agua, la la superficie del agua, la presipresióón en el interior del tubo a n en el interior del tubo a una altura especifica debe ser una altura especifica debe ser la misma que en el exterior, de la misma que en el exterior, de aquaquíí se concluye que la se concluye que la presipresióón en la superficie de la n en la superficie de la cuba debe ser cero al igual cuba debe ser cero al igual que en el interior del tubo y a que en el interior del tubo y a la misma elevacila misma elevacióónn

WettabilityWettabilityPara entender porque el agua se eleva en el tubo, se Para entender porque el agua se eleva en el tubo, se introduce el concepto de mojabilidad. La mojabilidad es introduce el concepto de mojabilidad. La mojabilidad es la tendencia de un liquido de asirse asla tendencia de un liquido de asirse asíí mismo a la mismo a la superficie de un ssuperficie de un sóólido en este caso el slido en este caso el sóólido lo lido lo constituyen los granos del medio poroso. En el sistema constituyen los granos del medio poroso. En el sistema aireaire--agua al cual se hace alusiagua al cual se hace alusióón en el experimento n en el experimento anterior, el agua preferiblemente moja la superficie de anterior, el agua preferiblemente moja la superficie de los tubos en lugar del aire. Por lo tanto el agua es los tubos en lugar del aire. Por lo tanto el agua es sostenida por el tubo capilar dada su afinidad por los sostenida por el tubo capilar dada su afinidad por los lados del tubo. En tlados del tubo. En téérminos de los granos de arena. La rminos de los granos de arena. La mojabilidad se puede pensar como la preferencia de un mojabilidad se puede pensar como la preferencia de un ssóólido respecto a otros por un liquido.lido respecto a otros por un liquido.

La altura que alcanza el liquido debido a la La altura que alcanza el liquido debido a la capilaridad se puede determinar por capilaridad se puede determinar por medio del estudio de las fuerzas en el medio del estudio de las fuerzas en el menisco entre el agua y el airemenisco entre el agua y el aire

TensiTensióón superficialn superficialla fuerza que jala hacia la fuerza que jala hacia arriba es la componente arriba es la componente vertical de la tensivertical de la tensióón n superficialsuperficial γγ. La tensi. La tensióón n superficial es la fuerza superficial es la fuerza que actque actúúa sobre la a sobre la superficie de un liquido superficie de un liquido en contacto con un gas en contacto con un gas que actque actúúa para minimizar a para minimizar su su áárea. Si el rea. Si el áángulo ngulo entre el menisco y la entre el menisco y la pared del tubo es pared del tubo es θθentonces la fuerza hacia entonces la fuerza hacia arriba es arriba es γγ CosCos θθ. .

TensiTensióón superficialn superficial

La fuerza esta La fuerza esta actuando a lo largo actuando a lo largo de la lde la líínea de nea de contacto entre el contacto entre el agua y el aire.agua y el aire.Esta fuerza es Esta fuerza es balanceada por el balanceada por el peso del agua. peso del agua. 2 Cosπγ θ

TensiTensióón superficialn superficial

Si la altura de la Si la altura de la columna de agua columna de agua encima de la encima de la superficie de la superficie de la misma en la cuba es misma en la cuba es hhcc..

2cr h gπ ρ

TensiTensióón superficialn superficial

22 cCos r h gπγ θ π ρ=

2c

C o shr gγ θρ

=

*

*

2c

rs i rC o s

hr g

θ

γρ

=

=

El agua en la arena se mueve hacia arriba El agua en la arena se mueve hacia arriba de la superficie frede la superficie freáática en la columna de tica en la columna de arena. Las trayectorias entre los granos arena. Las trayectorias entre los granos actactúúan como capilares. De esto se sigue an como capilares. De esto se sigue que el agua puede fluir hacia arriba dado que el agua puede fluir hacia arriba dado que la presique la presióón en estas zona es menor n en estas zona es menor que la atmosfque la atmosfééricarica

Materiales con componentes finos ocasionan Materiales con componentes finos ocasionan que el agua fluya hacia arriba mas allque el agua fluya hacia arriba mas alláá que lo que lo que podrque podríía hacer el agua en materiales con a hacer el agua en materiales con componentes mas gruesoscomponentes mas gruesossi un suelo tiene una mezcla de componentes si un suelo tiene una mezcla de componentes de distintos tamade distintos tamañños, la tendencia del agua seros, la tendencia del agua seráámoverse mas arriba en la zona donde los moverse mas arriba en la zona donde los componentes sean mas finoscomponentes sean mas finos

Es posible calcular la Es posible calcular la presipresióón debido a la n debido a la capilaridadcapilaridad

c cp h gρ=

La presiLa presióón capilar se define no n capilar se define no negativa donde hay mas de un negativa donde hay mas de un liquido presente en el sistema. liquido presente en el sistema. Debido a que el agua es el Debido a que el agua es el liquido que moja entonces liquido que moja entonces tendrtendráá una presiuna presióón menor que n menor que la del aire siempre que ambos la del aire siempre que ambos estestéén presentes.n presentes.La presiLa presióón del aire se toma n del aire se toma igual a la atmosfigual a la atmosféérica, la cual rica, la cual se la presise la presióón de referencia. n de referencia. Mientras mas suba el agua por Mientras mas suba el agua por el tubo capilar mas negativa el tubo capilar mas negativa serseráá la presila presióón del agua en la n del agua en la parte superior de la columna parte superior de la columna de agua de agua

c a ir e a g u a

c a g u a

p p p

p p

≡ −

= −

Por los experimentos anteriores parece Por los experimentos anteriores parece haber una relacihaber una relacióón entre la saturacin entre la saturacióón y la n y la presipresióón negativa del agua en los poros. n negativa del agua en los poros. Tenemos tambiTenemos tambiéén una relacin una relacióón entre la n entre la presipresióón capilar y la saturacin capilar y la saturacióónn..

A fin de obtener la relaciA fin de obtener la relacióón que se guarda n que se guarda entre la saturacientre la saturacióón y la presin y la presióón capilar, se n capilar, se hace un experimento en el cual se hace hace un experimento en el cual se hace variar esta ultima.variar esta ultima.

Esto lo podemos Esto lo podemos hacer si se eleva la hacer si se eleva la columna de suelo columna de suelo muy lentamente muy lentamente respecto al nivel del respecto al nivel del agua en la cuba, y agua en la cuba, y observar el cambio en observar el cambio en la presila presióón y la n y la saturacisaturacióón que ocurre n que ocurre en un punto fijo en la en un punto fijo en la muestra.muestra.

BasBasáándonos en lo aprendido respecto al ndonos en lo aprendido respecto al comportamiento de la presicomportamiento de la presióón en un tubo n en un tubo capilar, esperarcapilar, esperarííamos que conforme la amos que conforme la columna es elevada la saturacicolumna es elevada la saturacióón debe n debe decrecer a una distancia dada desde la decrecer a una distancia dada desde la base de la columna y la presibase de la columna y la presióón capilar n capilar debe incrementarse proporcionalmente.debe incrementarse proporcionalmente.

La saturaciLa saturacióón en la cima de la columna en (b) es mas n en la cima de la columna en (b) es mas alta que la misma en la columna (a) ya que la alta que la misma en la columna (a) ya que la capilaridad es capaz de retener mas agua en distancias capilaridad es capaz de retener mas agua en distancias cortas encima de la superficie del agua.cortas encima de la superficie del agua.la carga total es la suma de la presila carga total es la suma de la presióón de carga y la n de carga y la elevacielevacióón, anteriormente se vio que la carga total es n, anteriormente se vio que la carga total es constante si el sistema esta estconstante si el sistema esta estáático, ahora si en la tico, ahora si en la superficie del agua la presisuperficie del agua la presióón es cero entonces la carga n es cero entonces la carga total es igual a la elevacitotal es igual a la elevacióón, esto implica que en el n, esto implica que en el interior del tubo la presiinterior del tubo la presióón sern seráá negativa conforme la negativa conforme la elevacielevacióón aumenta.n aumenta.

La presiLa presióón n manommanoméétrica en trica en el interior del el interior del tubo se hace tubo se hace mas negativa a mas negativa a medida que la medida que la elevacielevacióón n aumenta, esto aumenta, esto crea una succicrea una succióón n hacia arriba.hacia arriba.

Curva primaria de drenadoCurva primaria de drenado

La relaciLa relacióón entre la presin entre la presióón capilar y la n capilar y la saturacisaturacióón en algn en algúún punto dado a lo largo n punto dado a lo largo de la longitud durante el drenado de la de la longitud durante el drenado de la muestra se le conoce como curva primaria muestra se le conoce como curva primaria de drenado (cpd)de drenado (cpd)..Es posible obtener medidas mas precisas Es posible obtener medidas mas precisas de cpd en base a un dispositivo cuya de cpd en base a un dispositivo cuya esencia de funcionamiento se muestra a esencia de funcionamiento se muestra a continuacicontinuacióón.n.

Curva primaria de drenadoCurva primaria de drenadoUna muestra de suelo Una muestra de suelo saturada cuya porosidad saturada cuya porosidad es conocida se coloca es conocida se coloca en un soporte, el mismo en un soporte, el mismo esta en contacto en su esta en contacto en su parte superior con el parte superior con el aire y en su parte aire y en su parte inferior con el agua, a inferior con el agua, a esta muestra se le esta muestra se le conoce como volumen conoce como volumen elemental representativo elemental representativo (rev).(rev).

CpdCpd

El proceso de El proceso de medicimedicióón se lleva a n se lleva a cabo en una serie de cabo en una serie de pasos. pasos.

La presiLa presióón capilar n capilar aumenta en pequeaumenta en pequeñños os incrementos incrementos ΔΔhhcc durante durante cada paso. cada paso. Este incremento se Este incremento se puede dar elevando el puede dar elevando el soporte con respecto del soporte con respecto del nivel de agua en la cuba. nivel de agua en la cuba. Con esto disminuye la Con esto disminuye la presipresióón y por tanto la hn y por tanto la hcc..el punto clave lo el punto clave lo constituye la plataforma constituye la plataforma porosa en la cual se porosa en la cual se haya colocada la muestrahaya colocada la muestra

Plataforma porosaPlataforma porosa

La plataforma porosa usualmente es de La plataforma porosa usualmente es de cerceráámica, tiene la caractermica, tiene la caracteríística de ser stica de ser permeable al agua pero no al aire.permeable al agua pero no al aire.Esto se logra haciendo que los poros sean Esto se logra haciendo que los poros sean mas pequemas pequeñños que la presios que la presióón capilar n capilar necesario para que el aire fluya a travnecesario para que el aire fluya a travéés s de la plataforma.de la plataforma.

DespuDespuéés que se llega al equilibrio en el s que se llega al equilibrio en el sistema ( el nivel de agua en el vaso sistema ( el nivel de agua en el vaso medidor no cambia) se mide el cambio en medidor no cambia) se mide el cambio en la saturacila saturacióón, n, ΔΔSSww. .

Es fEs fáácil determinar cil determinar ΔΔSSww observando el observando el incremento en el incremento en el volumen del agua volumen del agua colectada en el colectada en el pequepequeñño recipiente o recipiente conteniendo conteniendo VVww..

En referencia a la En referencia a la grafica de la derecha, grafica de la derecha, cada punto marcado cada punto marcado como representa un como representa un una presiuna presióón capilar n capilar especifica, por tanto especifica, por tanto la presila presióón capilar, asn capilar, asíícomo tambicomo tambiéén la n la saturacisaturacióón asociada.n asociada.

•

La grafica de la mejor La grafica de la mejor aproximaciaproximacióón a travn a travéés de s de estos puntos produce cpd estos puntos produce cpd SSww((hhcc). La cantidad a la ). La cantidad a la derecha es la pendiente derecha es la pendiente de cpd y se le llama la de cpd y se le llama la capacidad acuosa capacidad acuosa especifica cae. La cae es especifica cae. La cae es una medida de la una medida de la cantidad de agua en una cantidad de agua en una columna de suelo no columna de suelo no saturada.saturada.

w

c

La grafica de la La grafica de la derecha se obtiene derecha se obtiene por medio del por medio del procedimiento procedimiento anterior.anterior.La grafica muestra La grafica muestra como cambian la como cambian la presipresióón y la n y la saturacisaturacióón conforme n conforme la muestra de suelo la muestra de suelo es drenada.es drenada.

Tomando como referencia el punto en el Tomando como referencia el punto en el cual la saturacicual la saturacióón se del 100% (donde n se del 100% (donde S = S = 11) y la presi) y la presióón es 0.n es 0.Comenzando una serie de experimentos Comenzando una serie de experimentos en donde la presien donde la presióón es controlada. n es controlada.

Conforme la presiConforme la presióón es n es reducida hasta por reducida hasta por debajo de la atmosfdebajo de la atmosféérica rica la saturacila saturacióón en el punto n en el punto de medicide medicióón no cambia, n no cambia, esto se muestra con la esto se muestra con la flecha, la presiflecha, la presióón del n del agua disminuye (la agua disminuye (la capilar aumenta) mas allcapilar aumenta) mas alláádel nivel etiquetado con del nivel etiquetado con la letra A, antes de que la la letra A, antes de que la saturacisaturacióón disminuya de n disminuya de 1. 1.

En otras palabras, hay mEn otras palabras, hay míínimo nimo de la preside la presióón capilar bajo del n capilar bajo del cual el agua en los poros es cual el agua en los poros es mantenida por capilaridad y no mantenida por capilaridad y no se moverse moveráá..El punto en el cual el agua El punto en el cual el agua comienza a drenar se le llama comienza a drenar se le llama presipresióón umbral. Es en este n umbral. Es en este punto en el que el aire comienza punto en el que el aire comienza a entrar en los poros mas a entrar en los poros mas abiertos y el drenado comienza.abiertos y el drenado comienza.A la grafica de la izquierda se le A la grafica de la izquierda se le conoce como curva de drenado.conoce como curva de drenado.

Es interesante notar que no se puede Es interesante notar que no se puede lograr una saturacilograr una saturacióón del 0 n del 0 úúnicamente nicamente por drenado. Experimentos muestran que por drenado. Experimentos muestran que siempre habrsiempre habráá agua en poros aislados que agua en poros aislados que no pueden drenarse. A esto se le llama no pueden drenarse. A esto se le llama saturacisaturacióón irreducible o saturacin irreducible o saturacióón n residual y se le denota por residual y se le denota por SS00, esta curva , esta curva se llama cdp la cual por definicise llama cdp la cual por definicióón n comienza en comienza en S = 1S = 1 y termina en y termina en S = sS = s0.0.

Es posible reducir S hasta 0 haciendo un cambio de fase Es posible reducir S hasta 0 haciendo un cambio de fase por ejemplo con evaporacipor ejemplo con evaporacióón.n.Continuando con el experimento. Elevando la columna Continuando con el experimento. Elevando la columna tanto como se pueda sin sacar el extremo inferior del tanto como se pueda sin sacar el extremo inferior del agua es posible reducir la saturaciagua es posible reducir la saturacióón sin tener que n sin tener que recurrir a un cambio de fase ( como en la evaporacirecurrir a un cambio de fase ( como en la evaporacióón). n). Habiendo hecho esto se procede a bajar la columna en Habiendo hecho esto se procede a bajar la columna en el recipiente (incremento de la presiel recipiente (incremento de la presióón) y por tanto se n) y por tanto se permite la entrada del agua por abajo. En este caso los permite la entrada del agua por abajo. En este caso los resultados se muestran en la figura siguiente.resultados se muestran en la figura siguiente.El procedimiento equivalente ha producido el signo mas El procedimiento equivalente ha producido el signo mas en la figura en la figura

Observamos que conforme el agua entra al medio Observamos que conforme el agua entra al medio poroso, es decir, la saturaciporoso, es decir, la saturacióón aumenta, la presin aumenta, la presióón del n del agua aumenta (presiagua aumenta (presióón capilar disminuye). Es de n capilar disminuye). Es de sorprenderse que la saturacisorprenderse que la saturacióón obtenida durante el n obtenida durante el drenado es diferente a la obtenida durante la imbibicidrenado es diferente a la obtenida durante la imbibicióón. n. El experimento muestra que hay una diferencia entre la El experimento muestra que hay una diferencia entre la relacirelacióón presin presióónn--saturacisaturacióón en ambos procesos. El punto n en ambos procesos. El punto remarcable es que la saturaciremarcable es que la saturacióón no se llega al 100% ni n no se llega al 100% ni aun a una presiaun a una presióón de n de 00 esto se debe al hecho de que esto se debe al hecho de que algo de aire se encuentra atrapado en la columna de algo de aire se encuentra atrapado en la columna de arena conforme al agua va avanzado a lo largo de la arena conforme al agua va avanzado a lo largo de la columna. Por tanto la saturacicolumna. Por tanto la saturacióón completa no se posible n completa no se posible a no ser que se pueda remover el aire disuelto, esta a no ser que se pueda remover el aire disuelto, esta irreduccion del gas se le llama gas residual en la fase de irreduccion del gas se le llama gas residual en la fase de saturacisaturacióón Sgr.n Sgr.

Lo que se observa aquLo que se observa aquíí se le conoce como histse le conoce como histééresis. resis. Cuando un fenCuando un fenóómeno no es exactamente reversible, meno no es exactamente reversible, esto es el sistema responde diferente dependiendo de esto es el sistema responde diferente dependiendo de su historia. En nuestro caso la saturacisu historia. En nuestro caso la saturacióón puede tener n puede tener dos valores distintos para la misma presidos valores distintos para la misma presióón, n, dependiendo del mecanismo que se siga. Si se dependiendo del mecanismo que se siga. Si se procediera a drenar la columna comenzando en esta procediera a drenar la columna comenzando en esta fase residual de saturacifase residual de saturacióón obtendrn obtendrííamos una curva de amos una curva de drenado diferente de la inicial, esta curva que comienza drenado diferente de la inicial, esta curva que comienza en la saturacien la saturacióón residual se le conoce como curva n residual se le conoce como curva principal de drenado (comienza en principal de drenado (comienza en S<1S<1 y termina en y termina en S=S0S=S0). Con cada ciclo completo de drenado e ). Con cada ciclo completo de drenado e imbibiciimbibicióón, uno puede reconstituir las curvas principales. n, uno puede reconstituir las curvas principales. Las curvas principales se les conoce como curvas Las curvas principales se les conoce como curvas frontera. frontera.