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GRANULOMETRIA POR LA VIA HUMEDA-USO DEL HIDROMETRO CURSO: MECANICA DE SUELOS DOCENTE: 

LIENDO VARGAS SERGIO IVAN

AUTORES:  

APAZA HUAHUASONCCO ABELMA YNES SUÑA LIMA CECILIA ESTHER

SEMESTRE: 2015-I

CUSCO-PERÚ.2015

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INTRODUCCIÓN Los granos que conforman en suelo y tienen diferente tamaño, van desde los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que no se pueden ver con un microscopio. El análisis granulométrico al cuál se somete un suelo es de mucha ayuda para la construcción de proyectos, tanto estructuras como carreteras porque con este se puede conocer la permeabilidad y la cohesión del suelo. También el suelo analizado puede ser usado en mezclas de asfalto o concreto. Los Análisis Granulométricos se realizaran mediante ensayos en el laboratorio con tamices de diferente enumeración, dependiendo de la separación de los cuadros de la maya. Los granos que pasen o se queden en el tamiz tienen sus características ya determinadas. Para el ensayo o el análisis de granos gruesos será muy recomendado el método del Tamiz; pero cuando se trata de granos finos este no es muy preciso, porque se le es más difícil a la muestra pasar por una maya tan fina; Debido a esto el Análisis granulométrico de Granos finos será bueno utilizar otro método.

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL ÍNDICE INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 2 1. FUNDAMENTO TERICO .................................................................................................. 4 1.1.

ENSAYO DE HIDROMETRO ........................................................................................ 4

2. Ensayo de hidrómetro........................................................................................................... 6 2.1.

OBJETIVOS DEL ENSAYO: .......................................................................................... 8

2.2.

MATERIALES Y EQUIPOS: .......................................................................................... 8

2.3.

PROCEDIMIENTO: ........................................................................................................ 8

2.4.

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: ............................................................................ 10

3. OBTENCIÓN Y REGISTRO DE DATOS:....................................................................... 11 4. CONCLUSIONES: ............................................................................................................ 13 5. BIBLIOGRAFÍA:............................................................................................................... 14

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GRANULOMETRIA POR LA VIA HUMEDA-USO DEL HIDROMETRO 1. FUNDAMENTO TERICO 1.1. ENSAYO DE HIDROMETRO El ensayo de Hidrómetro se basa en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido; sirve para la determinación de la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. Se mezcla una cantidad de suelo con agua y un pequeño porcentaje de un agente dispersante para formar una solución de 1000 ml se obtiene una solución con una gravedad especifica ligeramente mayor que 1.0 a 4 grados centígrados. El agente dispersante o de floculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa. El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión agua – suelo en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro del bulbo y la superficie del agua), abran caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especifica de la suspensión en el centro del volumen del hidrómetro. Además, como el hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especifica de la suspensión aumenta la distancia L. Para preparar una respectiva muestra debemos meter a una batidora la muestra con una cantidad de agua destilada.

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula.

Curva granulométrica

El suelo tiene una buena distribución de tamaños de granos dentro de una escala amplia de valores por lo que se considera bien gradado; un material con éstas características permite una mejor compactación con equipos mecánicos que un suelo mal gradado, esto porque al tener una cantidad apreciable de granos de los distintos tamaños, el espacio dejado entre los más grandes puede ser llenado por otros de menor tamaño, y los espacios entre estos son ocupados a su vez por partículas más pequeñas. Cuando los suelos no son grueso granulares, sino que los suelos tienen tamaños de grano pequeños no se podrá hacer análisis granulométrico por mallas (tamices), para determinar el porcentaje de peso de los diferentes tamaños de los granos de suelo. Lo apropiado es aplicar el método del hidrómetro (densímetro), hoy en día para suelos finos quizá es el ensayo de mayor uso, el hecho se basa en que las partículas tienen una velocidad de sedimentación que se relaciona con el tamaño de las partículas. La ley fundamental para realizar análisis granulométrico por hidrómetro es formulada por Stokes, en esta ley se enuncia que si una partícula esférica cae dentro del agua adquiere pronto una velocidad uniforme que depende del diámetro de la partícula, de su densidad y de la viscosidad del agua. Para la realización del ensayo no se usa una suspensión compuesta de agua y suelo, porque se precipitaría, en muy poco tiempo casi todo el suelo, debido a la formación de flóculos originados por la presencia de diferentes cargas eléctricas en las partículas del suelo. Se utiliza un agente defloculante UAC| Educación Ambiental-2015I||Contaminación del Aire

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL que neutralice las cargas eléctricas, permitiendo que las partículas se precipiten de forma individual. Tipos de dispersantes usados comúnmente: Silicato de Sodio (vidrio líquido). Es una solución de silicato de sodio. Una vez preparada la solución se toman 20 cm3.Hexametafosfato de sodio (NaPO3). Comercialmente se conoce como Calgon. Ya que la solución es ácida se puede considerar mayor eficacia como agente defloculante en suelos alcalinos.

2. Ensayo de hidrómetro Cuando los suelos no son grueso granulares, sino que los suelos tienen tamaños de grano pequeños no se podrá hacer análisis granulométrico por mallas, para determinar el porcentaje de peso de los diferentes tamaños de los granos de suelo. Lo apropiado es aplicar el método del hidrómetro (densímetro), hoy en día para suelos finos quizá es el ensayo de mayor uso, el hecho se basa en que las partículas tienen una velocidad de sedimentación que se relaciona con el tamaño de las partículas. La ley fundamental para realizar análisis granulométrico por hidrómetro es formulada por Stokes, en esta ley se enuncia que si una partícula esférica cae dentro del agua adquiere pronto una velocidad uniforme que depende del diámetro de la partícula, de su densidad y de la viscosidad del agua. Para la realización del ensayo no se usa una suspensión compuesta de agua y suelo, porque se precipitaría, en muy poco tiempo casi todo el suelo, debido a la formación de flóculos originados por la presencia de diferentes cargas eléctricas en las partículas del suelo. Se utiliza un agente de floculante que neutralice las cargas eléctricas, permitiendo que las partículas se precipiten de forma individual. Tipos de dispersantes usados comúnmente: Silicato de Sodio (vidrio líquido). Es una solución de silicato de sodio, para lograr la concentración necesaria se usa un hidrómetro 151 H. Una vez preparada la solución se toman 20 cm3. Hexametafosfato de sodio (NaPO3). Comercialmente se conoce como Calgon. Se usará agua destilada a razón de 40 g de hexametafosfato sódico por cada litro de solución. Ya que la solución es ácida se puede considerar mayor eficacia como agente defloculante en suelos alcalinos. Para el ensayo de hidrómetro existe corrección dependiendo del tipo de hidrómetro empleado, la corrección se hará con la diferencia de la lectura del hidrómetro y un coeficiente que depende del tipo de hidrómetro, para 151 H es la unidad y para 152 H es cero. Los hidrómetros están calibrados para hacer la lectura al nivel libre del líquido. Al UAC| Educación Ambiental-2015I||Contaminación del Aire

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL formarse el menisco alrededor del vástago, la lectura correcta no puede hacerse, ya que las suspensiones de suelo son transparentes, por lo que se necesita leer donde termina el menisco y corregir la lectura sumando la altura del menisco. Esta corrección se hace sumergiendo el hidrómetro en agua destilada y haciendo dos lecturas en la escala; una en la parte superior del menisco (para que el menisco se forme completo, el cuello debe limpiarse con alcohol para eliminar la grasa) y otra siguiendo la superficie horizontal del agua. La diferencia de las dos lecturas nos da la corrección que debe sumarse a las lecturas hechas al estar operando. El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el HIDRÓMETRO basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño porcentaje de un agente dispersante para formar una solución de 1000 ml se obtiene una solución con cierta gravedad especifica. El agente dispersante o defloculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa evitando así la formación de grumos. El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión AGUA - SUELO en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro del bulbo y la superficie del agua), abran caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especifica de la suspensión en el centro del volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especifica de la suspensión aumenta la distancia L. Es preciso recordar también, que la gravedad especifica del agua varia con la temperatura, esto ocasiona un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión. El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula. UAC| Educación Ambiental-2015I||Contaminación del Aire

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de las esferas, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido lo cual es conocido como la ley de Stokes.

2.1. OBJETIVOS DEL ENSAYO: 

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Determinar la distribución de tamaños de las que pase el tamiz N°200.

partículas de la muestra de un suelo

Reconocer el funcionamiento básico de un hidrómetro y su aplicación en la granulometría para fracciones finas, así como analizar el principio de la Ley de Stokes. Representar la distribución de los tamaños de la fracción en una curva granulométrica para su fácil interpretación.

2.2. MATERIALES Y EQUIPOS: -

Muestra del material (60 gr.) 2 probetas de 1000 ml. 1 hidrómetro Dispersador Termómetro Agitador Cronómetro

2.3. PROCEDIMIENTO: Se selecciona una muestra de más o menos 50 gr que pase el tamiz número 200, a lo que quede retenido en el tamiz número 200 se le hace un lavado, a lo que queda después del lavado se le lleva a un recipiente que irá al horno para determinar el porcentaje de gruesos de la muestra, ya que está ha sido debidamente pesada antes de pasar por el tamiz número 200. La muestra que pasa el tamiz número 200 se deposita en un frasco; posteriormente se añaden 200 cm3 de agua y aproximadamente 20 cm3 de agente defloculante, se debe dejar la suspensión como mínimo una hora (la A. S. T. M sugiere que para suelos arcillosos se deje 16 horas), después de haber sometido la muestra al defloculante se transfiere la mezcla al vaso de la agitadora eléctrica se añade agua hasta llenar dos UAC| Educación Ambiental-2015I||Contaminación del Aire

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL terceras partes del vaso, se realiza a dispersión de la muestra de 5 a 10 minutos. La muestra dispersada se lleva a un cilindro graduado y se le agrega agua hasta los 1000 cm3; se agita el cilindro durante un minuto tapando con la palma de la mano e invirtiéndolo repetidas veces, se hace esto para obtener una suspensión homogénea. Se coloca el cilindro sobre una mesa se pone andar el cronómetro. Para los tiempos indicados se introduce el hidrómetro dentro del cilindro y se registran los datos, encargándose también de medir la corrección por menisco y la temperatura para cada medida. En las tablas en siguientes se muestran los datos registrados y los datos calculados para el ensayo de hidrómetro. En una se muestra el análisis granulométrico como si todo fuera completamente fino, pero en la otra tabla se registra la verdadera distribución granulométrica para la muestra, es con esta tabla que podemos hacer la gráfica de distribución granulométrica que se presenta también a continuación.

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2.4. PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: Se muele en el mortero la muestra de suelo hasta sus partículas sólidas más íntimas. Se toma 60 gr. de muestra que pasa el tamiz No. 200, que deberá ser previamente secada en el horno, para luego ser mezclada con 150 ml. de agua. Se traslada la muestra a la maquina batidora, en cuyo recipiente transferimos la muestra, teniendo el cuidado de no perder material en el proceso, agregamos agua hasta que alcance 2/3 del recipiente. Transferimos el contenido del vaso de la batidora en un cilindro de sedimentación, en nuestro caso una probeta de 1000 ml añadimos agua hasta complementar los 1000 ml. Se debe proveer de otra probeta con la misma cantidad de agua para colocar el hidrómetro y el termómetro. Introducir el agitador con la muestra y agitar la misma. Este proceso se repite hasta que las lecturas del hidrómetro permanezcan estables. Luego se procede a leer cada intervalo de tiempo establecido por las normas pero ya sin agitar la muestra.


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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 1. Tomar una muestra de 50 gr. de suelo procedente de la fracción que pasó el tamiz 200 granulométricamente y secada al horno. 2. Preparar la solución de defloculante (40 gr.) y agua (1 L.) para obtener la corrección por menisco. 3. Colocar la muestra de suelo en el vaso de precipitación con 125 mL. De defloculante durante 24 horas. 4. Transferir la muestra anterior con agua al vaso de dispersión y llevar al agitador mecánico durante un minuto. 5. Llevar toda la muestra a la probeta de ensayo completando con agua un volumen de 1 L. y agitar manualmente durante 1 minuto. 6. Poner en marcha el cronómetro para realizar lecturas en el hidrómetro en determinados momentos. 7. Introducir lentamente el hidrómetro en la suspensión sin perturbarla y leer los dos primeros datos en 30 s y 1 min. 8. Luego de registrar la lectura de hidrómetro se registra la temperatura por medio de un termómetro. 9. Extraer cuidadosamente el hidrómetro y colocar en un cilindro graduado con agua limpia. 10. Repetir los pasos 7,8 y 9 para obtener los datos de los tiempos indicados de medición. RC= lectura de hidrómetro calculada(R+CT-CC). L= profundidad efectiva de hidrómetro (obtenida de tabla calibración para ensayo de hidrómetro 152H). K= constante de corrección (obtenida de tabla calibración para ensayo de hidrómetro 152H). Φ= diámetro de partículas (kx(L/t)^0.5).

a= factor de corrección (obtenida de tabla calibración para ensayo de hidrómetro 152H). % pasa= porcentaje de tamaño de partículas de la muestra para hidrómetro. N. C= porcentaje que pasa con respecto a la muestra total.

3. OBTENCIÓN Y REGISTRO DE DATOS: Las fórmulas que se utilizaran son:

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL Dónde: Ni = Porcentaje de peso de suspensión. Vol. = Volumen de la probeta = 1000 ml. Ws = Peso de la muestra seca = 60 gr. = 1.0 gr/cc. agua = Peso especifico del agua Rr = Lectura del hidrómetro registrado. Rw = Lectura del hidrómetro en el agua a 20ºC que es igual a 1.00 donde Gs = 2.68 [gr/cc], es la gravedad específica del suelo

Los diámetros se calculan en el siguiente tabla: Gs= 2.68 gr/cc % Q.P.TNº200 =45,79%

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4. CONCLUSIONES: 

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Los resultados obtenidos en este ensayo de hidrómetro 152H confirman el carácter limo arenoso de la muestra analizada. Se puede ver en la gráfica que la fracción de arcillas no es considerable en este suelo, mientras que el contenido de limos en la muestra que pasa tamiz 200 corresponde aproximadamente al diez por ciento de la muestra total de suelo. Este suelo debe ser tratado con especial cuidado ya que por su baja cohesión debida a la ausencia de arcillas, tiene la tendencia de deslizar gravitacionalmente con facilidad. En este ensayo se pudo completar la tabla granulométrica y dibujar el triángulo de Whitney donde los resultados se dan en el segundo ensayo.

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UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL 5. BIBLIOGRAFÍA:     

Libro de fundamentos de ingeniería geotécnica. Mecánica de Suelos. Tomo 1. Fundamentos de Mecánica de Suelos Editorial Limosa. Datos obtenidos de la práctica en el laboratorio. http://es.wikipedia.org/wiki/Curva_granulom%C3%A9trica http://www.monografias.com/trabajos87/analisis-granulometrico/analisisgranulometrico.shtml

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