Ensayo 4 Hidrometria

ENSAYO N° 3 ANALISIS HIDROMÉTRICO

CONCEPTO:

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. La obtención de los diámetros equivalentes se facilita grandemente usando el monograma calculado por A. Casagrande.

Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel

Fecha: P-01-11-13

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LABORATORIO DE SUELOS

Ensayo N° 4 análisis hidrométrico “

”

OBJETIVOS: 

Familiarizarse con un método para obtener aproximadamente la distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable de partículas inferiores al tamiz No. 200.



Por medio de la ley de Stokes calcular el diámetro equivalente de los granos para una lectura dada, considerando como altura de caída la distancia entre la superficie del líquido y el centro de flotación del bulbo.



Obtener porcentajes de granos de suelo más finos para graficar la distribución granulométrica en función de los diámetros equivalentes.

FUNDAMENTO TEÓRICO:

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 ecuación conocida como la ley de Stokes:


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”

donde: v = la velocidad de decantación de la partícula esférica d = diámetro de la partícula γ a =

peso específico del líquido

h = viscosidad dinámica.

El rango de los diámetros D de las partículas de suelo para los cuales esta ecuación es válida, es aproximadamente: 0.0002
γ s y γ o ,

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


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”

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 cm3 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 , y la velocidad se puede definir en la ec. (1) como la distancia dividida por el tiempo, t es evidente que la velocidad de caída de las partículas es:


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”

Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algún tiempo transcurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesaria 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:

Rc = lectura corregida del hidrómetro Rreal = lectura directa del hidrómetro Ct = corrección por temperatura

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.


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”

MATERIAL Y EQUIPO: MUESTRA DE SUELO 50 gr

ESPÁTULA (en este caso simple cuchillo)

HIDRÓMETRO

AGENTE DISPERCIVO (silicato de sodio)

TERMÓMETRO

MEZCLADOR


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”

PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO: 

La muestra se coloca en un recipiente y mezclarlo con una solución ( silicato de sodio)



Dejar a la muestra sedimentar durante unos minutos, 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.



Vaciar el contenido del vaso de mezclado, a una probeta graduada (que se llamará probeta de sedimentación), y aumentar agua gradulamente.



La probeta de sedimentación se tapará con un tapón (en este caso la palma de la mano), para evitar que durante la agitación de la misma tenga pérdidas, la agitación tiene que ser alrededor de 1 minuto.



Posteriormente se realizan las medidas de temperatura cada: 2,5,10 y 30 min. Respectivamente de igual manera se leen en ese rango de tiempo las lecturas que ofrece el hidrómetro.


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”

DATOS: Tarapaya

Muestra

Defloculante utilizado Cantidad de defloculante Peso especifico

Silicato de sodio 1 cc

Hidrómetro Tipo de arcilla

Graduación con D60 Roja, rojiza

2,65 gr/cm3

Lecturas de R para la línea A Tiempo (seg.) 15 30 60 120

Lectura 1

Lectura 2

Lectura 3

47 45 38 23

48 44 37 26

47 44 38 27

Promedio R 47,33 44,33 37,67 25,33

Valores de RW N° 0,6 0,6 0,6 0,6 promedio 0,6

NOTA: Para estas lecturas se dará uso la calibración del hidrómetro proporcionada por la guía para determinar Zr Lecturas de R para la línea B Fecha

Hora

25/10/13 25/10/13 25/10/13 25/10/13

16:57

Tiempo r (min.) 2 30 5 11 10 6 35 3


Fecha: P-01-11-13

rw

0,6 0,6 0,6 0,6

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Temp. °C 19 18 18 18

 

N%

Zr

Diametro (mm)



”

Para la 1° lectura con ayuda de la gráfica anterior “línea A”:

Tiempo (seg.) 15 30 60 120

Lectura 1

Lectura 2

Lectura 3

47 45 38 23

48 44 37 26

47 44 38 27

Promedio R 47,33 44,33 37,67 25,33

Zr 10,50 10,90 12,22 14.00

Para la 2° lectura con ayuda de la grafica anterior “línea B” : r 30 11 6 3


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Zr 12,10 15,10 15,85 16,30

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”

Tabla de la viscosidad del agua a diferentes temperaturas “datos de apoyo”


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”

CÁLCULOS: FECHA

HORA

25/10/2013

16:57

TIEMPO

temperatura

rw

15

47,33

0,6

18

0,01060

0,0000108

23,365

74,99

10,50

0,00882168

25/10/2013

30

44,33

0,6

18

0,01060

0,0000108

21,865

70,17

10,90

0,00635557

25/10/2013

60

37,67

0,6

18

0,01060

0,0000108

18,535

59,49

12,22

0,00475841

1° LECTURA 25/10/2013

120

25,33

0,6

18

0,01060

0,0000108

12,365

39,68

14,00

0,00360143

25/10/2013

120

30

0,6

19

0,01034

0,0000105

14,7

47,18

12,10

0,00330683

25/10/2013

300

11

0,6

18

0,01060

0,0000108

5,2

16,69

15,10

0,00236554

25/10/2013

600

6

0,6

18

0,01060

0,0000108

2,7

8,67

15,85

0,00171372

2° LECTURA 25/10/2013

2100

3

0,6

18

0,01060

0,0000108

1,2

3,85

16,30

0,00092894

Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel Fecha: P-01-11-13

Talque: Gs = 2,75 Sabiendo que:

Gs=

wS

VS *  W

(seg.)

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°C

u(poises) gr*s/cm2

LABORATORIO DE SUELOS Ensayo N° 4 análisis hidrométrico “

”

(r-rw)/2

N%

Zr (cm)

Diámetro

r

mm.

Talque: Gs = 2,75 Sabiendo que:

Gs=

wS

VS *  W

Por tanto:

Gs=

 s  W

Entonces:

S



Gs *  W

es asi que : γs=

2,75 gr/cc

Determinación de N%: Univ.: Michel Leytón Carlos Daniel

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”

Datos: Gs= 2,75 V = 1000 cc  W = 0,9987 gr/cc

( 18 °C)

Ws= 48,9 gr

N=( N1=

Gs Gs



1

*

V

*  w W s

*

r



2

r w

)*

1 10

      %=           %=           %=           %=           %=           %=           %=           %=    

74,99%

N2=

70,17%

N3=

59,49%

N4=

39,68%

N5=

47,18%

N6=

16,69%

N7=

8,67%

N8=

3,85%


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”

Determinación de D(mm):

D=

D1=

18* 

 S *  W

*

Zr t

*√  = √    *√  = √    *√  = √    *√  = √    *√  = √    *√  = √    *√  = √    *√  = √   

0,00882167 mm

D2=

0,006355573 mm

D3=

0,004758412 mm

D4=

0,003601434 mm

D5=

0,003306827 mm

D6=

0,002365538 mm

D7=

0,001713725 mm

D8=

0,000928937 mm


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”

Determinación de la curva granulométrica para este ensayo.

CURVA GRANULOMÉTRICA

“método del hidrómetro”

100 90 80 a s a p e u q %

70 60 50 40 30 20 10 0 1

0.1

0.01

0.001

0.0001

Diámetro (mm)


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”

Tabulación de datos adecuados a los datos de la curva granulométrica “método mecanico”

FECHA

HORA

25/10/2013

16:57

TIEMPO

temperatura

15

47,33

0,6

18

0,01060 0,0000108 23,365

74,99

10,50

0,00882168

15,05

25/10/2013

30

44,33

0,6

18

0,01060 0,0000108 21,865

70,17

10,90

0,00635557

14,09

25/10/2013

60

37,67

0,6

18

0,01060 0,0000108 18,535

59,49

12,22

0,00475841

11,94

1° LECTURA 25/10/2013

120

25,33

0,6

18

0,01060 0,0000108 12,365

39,68

14,00

0,00360143

7,97

25/10/2013

120

30

0,6

19

0,01034 0,0000105

14,7

47,18

12,10

0,00330683

9,47

25/10/2013

300

11

0,6

18

0,01060 0,0000108

5,2

16,69

15,10

0,00236554

3,35

25/10/2013

600

6

0,6

18

0,01060 0,0000108

2,7

8,67

15,85

0,00171372

1,74

2° LECTURA 25/10/2013

2100

3

0,6

18

0,01060 0,0000108

1,2

3,85

16,30

0,00092894

0,77

Donde N’ se lo determina :

Zr (cm)

mm.

N’ = ((% que pasa tamiz 200 (método mecánico))/100) * N


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Donde: diámetro (mm)

°C

N%

N' %

rw

(seg.)

u(poises) gr*s/cm2 (r-rw)/2

Diámetro

r


”

CURVA GRANULOMETRICA “METODO COMBINADO”

% que pasa

Método mecánico

100

25,4

98,641

19,1

94,461

9,52

77,979

4,76

60,629

70

2

43,255

60

0,420

28,127

50

0,149

22,171

0,074

20,075

90 80

40 30

Método del hidrómetro 0,008821676

15,05

0,006355573

14,09

20 10

a s a o e u q %

Donde: diámetro (mm)

CURVA GRANULOMETRICA “METODO COMBINADO”

% que pasa

Método mecánico

100

25,4

98,641

19,1

94,461

9,52

77,979

4,76

60,629

70

2

43,255

60

0,420

28,127

50

0,149

22,171

0,074

20,075

90 80

a s a o e u q %

40 30

Método del hidrómetro 20

0,008821676

15,05

0,006355573

14,09

10

0,004758412

11,94

0

0,003601434

7,97

0,003306827

9,47

0,002365538

3,35

0,001713725

1,74

0,000928937

0,77


100

10

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

Diametro mm

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”

CUESTIONARIO.1.- ¿cómo se determina la dispersión en las arcillas?

La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie, como erosiones en forma de túneles y hondonadas profundas, junto con cualquier depósito de agua. Aunque la falta de tal evidencia no excluye la presencia de arcillas dispersivas en la profundidad, y se debería proceder con exploraciones adicionales. Los suelos dispersivos también pueden determinarse por el comportamiento de los suelos. Por ejemplo:

CUESTIONARIO.1.- ¿cómo se determina la dispersión en las arcillas?

La identificación de los suelos dispersivos debería comenzar con el reconocimiento en campo para determinar si existe alguna indicación en la superficie, como erosiones en forma de túneles y hondonadas profundas, junto con cualquier depósito de agua. Aunque la falta de tal evidencia no excluye la presencia de arcillas dispersivas en la profundidad, y se debería proceder con exploraciones adicionales. Los suelos dispersivos también pueden determinarse por el comportamiento de los suelos. Por ejemplo: 

La presencia de quebradas profundas y fallas por tubificación en pequeñas presas, habitualmente indican la presencia de suelos dispersivos.



La erosión en grietas de los caminos, la erosión tipo túnel a lo largo de las líneas de quebradas y la erosión de intemperización o arcillas unidas en roca pueden señalar suelos potencialmente dispersivos.



La presencia de agua nublada en presas pequeñas y charcos de agua después de la lluvia indica suelos dispersivos.

Se puede deducir la mineralogía de la arcilla a partir de tales técnicas de observación. La geología del área también puede ser una guía de la dispersividad. Sherard & Decker (1977) señalan que: 

Muchas arcillas dispersivas son de origen aluvial. Algunas arcillas de las laderas de lechos de río son también dispersivas.



Algunos suelos derivados de la lutita y la arcillita bajo un medio marítimo son también dispersivos.



Los suelos derivados de la intemperización de las rocas ígneas y metamórficas son casi todos no dispersivos, pero pueden ser erosionables, (por ejemplo, la arena limosa derivada de la granodiorita).


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”



Suelos con un alto contenido orgánico probablemente no son dispersivos (esto necesita ser tratado con cautela, desde que muchos suelos tipo "algodón negro" son dispersivos).



Las áreas de producción con poca cosecha y el crecimiento mal desarrollado también pueden indicar suelos altamente salinos, muchos de los cuales son dispersivos. Sin embargo, los suelos dispersivos pueden también presentarse en suelos neutrales o en suelos ácidos y pueden apoyar al crecimiento frondoso del césped.

2.- ¿cual es el uso que se le da al ensayo hidrométrico?

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. 3.- conclusion sobre los resultados de la curva granulométrica

Se concluye que los resultados que se obtuvo de este ensayo muestra que se tiene los siguientes porcentajes de tipos de suelo: 3,35 % de arcillas 10,74 % de limo 30,53 % de arena 55,38 % de grava --------------100 %

total de la muestra trabajada en laboratorio


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”

Por tanto su graduación es : GRAVA ARENOSA-LIMOSA 4.- ¿Cuántos tipos de hidrómetros existen y cual fue usado en laboratorio? Hidrómetros de Grados API

Temperatura estándar: 60°F, subdivisiones de 0.1° API, longitud: 330mm. Termohidrómetros en grados API. Termómetro en el Vástago

Temperatura estándar: 60°F, subdivisiones 0.1°API, longitud 380mm, escala de temperatura °F 30-220 Termohidrómetros Métricos ASTM:

Temperatura estándar: +15°C, subdivisiones 0.5kg/m³, longitud 380mm, escala del termómetro°C: -20 a +65 (Referencia L), 0 a +85 (Referencia M) y +20 a +105 (Referencia H) El utilizado en laboratorio tiene el nombre de “graduación con D60” 5.-¿que se entiende por ley de Stokes?

La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. 6.- el ensayo hidrométrico nos permite clasificar un suelo?

Si por que en el material que se extrae de un lugar tiene partículas mucho más finas que el tamiz 100 o 200 por tanto con el método hidrométrico se puede clasificar suelos como arenas finas, limos y arcillas, y así tener una curva granulométrica más completa para su posterior análisis y aplicación a diferentes tipos de pruebas físicas que se lo realiza.


Fecha: P-01-11-13

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Ensayo 4 Hidrometria

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