UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MATEMATICAS Y FISICAS
ESCUELA DE INGENIERIA CIVIL LABORATORIO DE SUELO I
TEMA: METODO DEL HIDROMETRO
PROFESOR: ING VARGAS JIMENEZ JULIO
INTEGRANTES: JARAMILLO ESPINOZA JOE NAULA GUZMAN OSCAR CORREIA MACIAS FREDDY
CURSO: 4G1A
OBJETIVOS o
Determinar el porcentaje de limos y arcillas, contenidos en una muestra de suelos
o
Determinar la distribución de tamaños de las partículas de la muestra de un suelo que pase el tamiz N°200.
o
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.
o
Representar la distribución de los tamaños de la fracción en una curva granulométrica para su fácil interpretación.
METODO DEL HIDROMETRO El método más usado para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200, es el del hidrómetro, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del grano de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. Si se distribuye un gran número de granos de suelo en un líquido y se sumerge un hidrómetro, el empuje hidrostático en el bulbo, es igual al peso de la suspensión desalojada por el bulbo. El hidrómetro mide el promedio de la densidad de la suspensión desalojada por el bulbo. De la lectura del hidrómetro puede determinarse directamente el porcentaje de granos de suelo por peso con relación a la concentración original, calibrando la escala del hidrómetro en granos por litro. El tamaño de los granos obtenidos con el hidrómetro es el equivalente de una esfera cuya velocidad de caída sea igual a la del grano del suelo. El diámetro equivalente de los granos para una lectura dada se obtiene por medio de la ley de Stokes, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo. El centro de flotación es variable y no se comete un error grave si en el lugar de la distancia al centro de flotación se usa la distancia al centro del volumen del bulbo.
ENFOQUE: El análisis de hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un estimado de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran desde el tamiz No. 200 (0.075 mm.) hasta alrededor de 0.001 mm., es decir, cuando la dimensión de las partículas es inferior a 0.1 mm. no es posible efectuar el tamizado, entonces se recurre a la sedimentometría Los datos se presentan en un gráfico semilogarítmico de porcentaje de material más fino contra diámetro de los granos y puede combinarse con los datos obtenidos en el análisis mecánico del material retenido, o sea mayor que el tamiz No. 200. El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por el físico inglés G. G. Stokes en la ecuaci ón conocida como la ley de Stokes:
donde: v = la velocidad de decantación de la partícula esférica d = diámetro de la partícula γO = peso específico del líquido η= viscosidad dinámica.
El rango de los diámetros D de las partículas de suelo para los cuales esta ecuación es válida, es aproximadamente: 0.0002
pues los granos mayores causan excesiva turbulencia en el fluido y los granos muy pequeños están sujetos a movimientos de tipo Browniano. Obviamente para resolver la ec. (1) es necesario obtener el término velocidad v, conocer los valores correctos de γ s y γo , tener acceso a la tabla de viscosidad del agua. Como el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, es evidente que esta variable también debe ser considerada. Para obtener la velocidad de caída de las partículas se utiliza el hidrómetro. Este aparato se desarrollo originalmente para determinar la gravedad específica de una solución, pero alterando su escala se puede utilizar para leer otros valores. Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño contenido de un agente dispersante para formar una solución de 1000 cm3 , se obtiene una solución con una gravedad específica literalmente mayor que 1.000. El agente dispersante (también llamado defloculante) se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas de suelo, que a menudo tienen carga negativa. Con orientación adecuada, estos granos cargados eléctricamente se atraen entre sí con fuerza suficiente para permanecer unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas. De acuerdo con la ley de Stokes, estas partículas mayores sedimentarán más rápidamente a través del fluido que las partículas aisladas. El hexa-metafosfato de sodio y el silicato de sodio o vidrio líquido son dos materiales usados muy a menudo como agentes dispersores para neutralizar la carga eléctrica de las partículas de suelo.
La cantidad exacta y el tipo de agentes dispersantes requeridos dependen del tipo de suelo y pueden ser determinados por ensayo y error. Una cantidad de 125 cm3 de solución al 4% de hexa-metafosfato de sodio en los 1000 cm 3 de suspensión de agua-suelo se han considerado en general adecuados. El hidrómetro usado más comúnmente es el tipo 152H (designado por la norma ASTM) y está calibrado para leer g. de suelo de un valor de Gs = 2.65 en 1000 cm3 de suspensión siempre que no hay más de 60 g. de suelo en la solución. La lectura por consiguiente está directamente relacionada con la gravedad específica de la solución. Esta calibración particular del hidrómetro es una ayuda considerable. Por esta razón este tipo de hidrómetro se utiliza muy ampliamente, a pesar de existir otros tipos de hidrómetros que pueden ser leídos en términos de la gravedad específica de la suspensión suelo-agua.
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 encuentren
aún en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro de volumen del bulbo y la superficie del agua) habrán caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad específica de la suspensión en el centro de volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad específica de la suspensión, el hidrómetro se hundirá más dentro de la suspensión (aumentando así la distancia L). Es preciso recordar también, que la gravedad específica del agua (o densidad) decrece a medida que la temperatura aumenta (o disminuye) de 4° C. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión. Como L representa la distancia de caída de las partículas en un intervalo de tiempo dado t, y la velocidad se puede definir en la ec. ( 1) como la distancia dividida por el tiempo, es evidente que la velocidad de caída de las partículas es:
v=
Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algún tiempo transcurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesari a para utilizar en la ecuación de Stokes. La lectura del hidrómetro debe ser corregida por el error de menisco. La razón para tener en cuenta esta corrección en la determinación de la velocidad de caída consiste en que la lectura real de la distancia L que las partículas han recorrido es independiente de la temperatura, gravedad específica de la solución o cualquier otro tipo de variable. Como la corrección de cero es ( ± ) y la corrección de temperatura es también ( ± ) con el signo que indique la tabla, la lectura corregida del hidrómetro para gramos de suelo en suspensión se calcula como:
El porcentaje de de material más fino puede calculares por simple proporción como:
Ws = peso original de suelo colocado en la suspensión. a = factor de corrección para el peso unitario de sólidos. Cuando se trata de realizar cálculos, la ec. (1) se rescribe comúnmente utilizando L en cm. y t en minutos para obtener D en mm. como sigue:
que puede a su vez ser simplificada de la siguiente forma:
D = diámetro de la partícula L = profundidad efectiva de caída de las partículas en un tiempo dado K = constante las características del suelo. Como todas la variables menos L/t son independientes del problema excepto por la temperatura de la suspensión, es posible evaluar K = f(T, Gs, a) de una sola vez.
EQUIPO.
Muestra de suelo.
Espátula
Tamiz No. 200
Probetas de 1000 cm3
Hidrómetro
Agente dispersivo ( hexa meta fosfato de sodio)
Termómetro
Horno
Balanza
Cronometro
PROCEDIMIENTO 1. La muestra se coloca en un recipiente y mezclarlo con una solución 2. Dejar a la muestra sedimentar durante 24 horas, luego transferir a un vaso donde se pueda batir el material, en este vaso se puede aumentar agua destilada, comenzar el batido durante un periodo de 5 minutos. 3. Vaciar el contenido del vaso de mezclado, a una probeta graduada (que se llamará probeta de sedimentación), y aumentar agua común hasta llegar a los 1000 cc. 4. La probeta de sedimentación se tapará con un tapón (utilizar la mano si es necesario), para evitar que durante la agitación de la misma tenga pérdidas, la agitación tiene que ser alrededor de 1 minuto. 5. Luego de sacudir la probeta poner sobre la mesa e introducir el hidrómetro tomando lecturas en los siguientes tiempos 1, 2, 3, 4 minutos, realizando igualmente lecturas del termómetro. 6. Colocar el hidrómetro y el termómetro en el recipiente de control (el cual debe encontrarse a una temperatura que no difiera en más de 1° C. del suelo). Tomar una lectura para corrección de menisco en el hidrómetro dentro del cilindro de control. 7. Es necesario que en cada medición se evite la agitación en la introducción del hidrómetro, colocándolo tan suavemente como para requerir alrededor de 10 seg. en realizar dicha operación. 8. El proceso se vuelve a repetir, comparando los resultados de las mediciones ante riores, si existe hay que seguir incrementando los tiempos de mediciones de tiempo de 8, 15, 30, 60 minutos.
CONCLUSIONES.El método del hidrómetro se usa para hacer la determinación indirecta de los porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido. El hidrómetro sirve para determinar la variación de los diámetros (tamaños) de las partículas en la suspensión con el transcurso del tiempo. Para la realización de este ensayo no se trabajo con una solución salina al 4%, debido a que fuimos el primer grupo en hacer este ensayo, tampoco el docente nos indico que se debería trabajar con esta solución preparada al 4% como agente dispersante, como este ensayo lleva mucho tiempo en realizarlo, las mediciones que se hicieron fueron de no más de 5 en el primer día; y terminando las lecturas al día.
