PRÁCTICA N°6
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR MEDIO DEL HIDRÓMETRO 1.-INTRODUCION El análisis hidrométrico se basa en la ley de Stokes , la cual relaciona la velocidad de una esfera , cayendo libremente libremente a través de un fluido , con el diámetro de la esfera . Se asume que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado, con partículas de varias formas y tamaños. El hidrómetro se usa para determinar el porcentaje de partículas de suelo dispersados, dispersados, que permanecen en suspensión en un determinado tiempo. para ensayos de rutina con fines de clasificación, el análisis con hidrómetro se aplica a partículas de suelo que pasa el tamiz N° 10, para suelos granulares y N° 200 para suelos finos. 2.-OBJETIVOS 2.1.-OBJETIVOS GENERALES
Determinar la distribución granulométrica granulométrica del material que pasa el tamiz N°10 , basándose en la relación de la velocidad de una esfera que cae libremente a través de un fluido y su diámetro. Establecer el porcentaje del limo y de arcilla de una muestra de suelo
2.2.-OBJETIVOS ESPECIFICOS
Graficar la curva granulométrica granulométrica Aplicar la corrección de menisco a las lecturas de hidrómetro para obtener el valor
3.-MARCO TEORICO 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. 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. 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:
donde: v = la velocidad de decantación de la partícula esférica d = diámetro de la partícula o γ= 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
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.
Hidrómetro 152H (N ASTM) 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 U 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:
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. MUESTRA. Se requiere el peso del suelo en su estado seco, pudiendo haber variantes de acuerdo a las características del suelo ensayado así, por ejemplo.
Suelos para clasificación (arenosos, pasa Nº10) gramos Limos y arcillas (pasan el tamiz Nº200) gramos
75
a
100
50 a 60
Hay dos opciones para obtener el peso de la muestra, que se seque antes del ensayo o después del ensayo. si la muestra se seca antes del ensayo, entonces se anota el valor de peso de suelo seco en la planilla.
Si la muestra se seca después del ensayo, hay que transportar toda la suspensión a un recipiente para luego introducirlo al horno, luego hay que restar el peso del defloculante, este punto se explicara con más detalle en el procedimiento. CORRECION POR MENISCO (CM.). Los hidrómetros se calibran para leer correctamente a la altura de la superficie del líquido. La suspensión de suelo no es transparente y no es posible leer directamente a la superficie del líquido; por tanto, la lectura del hidrómetro se debe realizar en la parte superior del menisco. La corrección por menisco es constante para un hidrómetro dado, y se determina introduciendo el hidrómetro en agua destilada o desmineralizada y observando la altura a la cual el menisco se levanta por encima de la superficie del agua. Valores corrientes de cm. Son: Hidrómetro tipo 151 H
cm.= 0.6x10-3g/cm3
Hidrómetro tipo 152 H
cm.= 1,0 g/litro
CORRECION POR TEMPERATURA (CM.).
–
A cada una de las lecturas de hidrómetro se debe aplicar también un factor de corrección por temperatura, el cual debe sumarse algebraicamente en cada lectura. Este factor puede ser positivo o negativo, dependiendo de la temperatura de la suspensión en le momento de realizar cada lectura. Obténgase el valor del factor de corrección por temperatura para cada lectura de hidrómetro empleando la siguiente tabla. Temperatura [ºC] CT 15 -1.1 16 -0.9 17 -0.7 18 -0.5 19 -0.3 20 0.0 21 +0.2 22 +0.4 23 +0.7 24 +1.0 25 +1.3 26 +1.65 27 +2.0 28 +2.5 29 +3.05 30 +3.80
CORRECION POR AGENTE DE DISPERSION Y POR DESPLAZAMIENTO DEL PUTO CERO cd 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: Cd = R’ + Cm+
Ct
Sea: Cd = Corrección por defloculante Cm = Corrección por menisco R’
= lectura directa del hidrómetro
Ct = corrección por temperatura sumada algebraicamente Lectura de hidrómetro corregida R = R’ + Cm
DIAMETRO DE LAS PARTICULAS (D) 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:
T= tiempo transcurrido (min) D = diámetro de la partícula L = profundidad efectiva de caída de las partículas en un tiempo dado (cm) K = constante las características del suelo. G= Aceleración gravitacional. Ƴs
= Peso específico de los sólidos del suelo en g/cm 3
Ƴw
= Peso específico del agua destilada a la temperatura Y, en g/cm3
El porcentaje de material más fino puede calculares por simple proporción como: Para hidrómetros 151 H Porcentaje más fino =
∗ 100 ∗ (±) −1
Para hidrómetros 152 H Porcentaje más fino = Sea:
100∗ ∗(±)
Ws = peso original de suelo colocado en la suspensión. a = factor de corrección para el peso específico de la siguiente tabla Peso Factor de especifico Corrección 2.95 2.9 2.85 2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2.55 2.5 2.45
0.94 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99 1 1.01 1.02 1.03 1.05
4.-METODOLOGIA DESCRIPCION DE LA PRACTICA Del material que pasa por el tamiz Nº 10 tomamos aproximadamente 90 gr de muestra de suelo para mezclarlo con el defloculante por un periodo de 10 minutos para que se mesclen y así obtener una solución homogénea.
MEZCLA DE SUELO CON EL DEFLOCULANTE Luego de mesclar la solución procedimos a verter la muestra de suelo más el defloculante en el frasco y llenar con agua el frasco hasta su máxima capacidad.
Una vez llenado con agua teníamos que agitar la probeta haciéndola girar unos 180º para que la muestra de suelo se mescle con el agua.
Luego de agitar la mescla colocamos la probeta en el mesón sin hacer movimientos bruscos.
Luego colocamos el hidrómetro en la solución y comenzamos a registrar valores de la lectura del hidrómetro para tiempos de 0, 2, 4, 8, 15 y 30 minutos. También se tomó la lectura de la temperatura para los diferentes tiempos.
4.1.-MATERIALES
Hidrómetro 152-H Tamiz N° 10 Termómetro Probeta graduada de vidrio de 1000 ml. Silicato de sodio (defloculante) Agua Cronometro Pipeta Espátula
5.-DATOS Y CALCULOS DATOS. – PESO ESPECIFICO. - 3.022 gr/cm3 PESO DE SUELO. - 90 gr. PORCENTAJE DE HUMEDAD. - 0.76% Fecha de Lectura 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18
Hora de Tiempo lectura tranc. min. 09:23 0 9:25 2 9:30 5 9:40 10 9:55 15 16:30 443
Temp. °C 25 25 25 25 25 26
Para los respectivos cálculos se utilizaron las siguientes formulas: LECTURA CORREGIDA “R”
R=R’+1 PROFUNDIDAD EFECTIVA “L”
L= Se obtiene de tablas del hidrómetro h152 CONSTANTE “K”
K= Se obtiene de tablas para un peso específico de 3,022 gr/cm 3 (dato obtenido en anteriores practicas) L/t = Lectura corregida sobre el tiempo transcurrido en min. CORRECCION POR TEMPERATURA Ct= a 25° C es +1,30 (valor obtenido según la temperatura en tablas)
DIAMETRO DE LA PARTICULA
= √ % MÁS FINO
% = ∗∗
DONDE:
a= 0.9256 (factor de corrección para el peso específico del suelo en tablas)
= peso suelo seco= 90 gr.
Fecha de Lectura 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18 30-04-18
Hora Tiempo de tranc. min. lectura 09:23 0 9:25 2 9:30 5 9:40 10 9:55 15 16:30 443
Constante K
L/t
Ct
Temp. °C
Lectura Real R
25 25 25 25 25 26
0 2 1,5 1,3 1 0
Lectura Corregid a Rc
Diam. partícula mm.
Lectura Prof. correg. R' efec. L. 0 0 3 15,8 2,5 15,9 2,3 15,95 2 16 1 16,1 % Más fino
Valor de factor de corrección
0
0
0
0
0
0
0
0,0115652
7,9
1,3
4,3
0,032506237
4,422311111
0,9256
0,0115652
3,18
1,3
3,8
0,020623706
3,908088889
0,9256
0,0115652
1,595
1,3
3,6
0,014606074
3,7024
0,9256
0,0115652
1,066666667
1,3
3,3
0,011944487
3,393866667
0,9256
0,0114252
0,036343115
1,65
2,65
0,002178085
2,725377778
0,9256
6.-GRÁFICO
DISTRIBUCION GRANULOMETRICA 5%
4.5 %
0.032506237;
0.020623706;
4.422311111
3.908088889
4%
0.014606074; 3.7024
3.5 % 0.011944487;
3%
3.393866667 2.5 %
0.002178085; 2.725377778
2%
A S A P E U Q %
1.5 %
1%
0.5 %
0% 1
0.1
0.01
DIAMETRO EN mm.
0.001
7.-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 7.1.-CONCLUSIONES
El ensayo por hidrómetro es algo largo y tedioso pues exige de bastante tiempo y atención, pero a diferencia de otros suelos el tiempo trabajado con el suelo aluvial fue corto y de rápida operación con la práctica. El ensayo da un buen resultado cuando el material es más fino, se debe tener cuidado con la calibración del menisco del hidrómetro pues de esto depende en gran parte el éxito del ensayo Es relevante que el floculante sea dejado saturando la muestra por lómenos 10 horas como lo recomienda la norma ASTM Los cambios de temperatura influyeron directamente durante las lecturas del hidrómetro.
7.2.-RECOMENDACIONES
Cuando se desarrolle el ensayo por el método del hidrómetro, los cilindros de control y sedimentación deben permanecer en un lugar donde las condiciones externas como los rayos solares los afecten lo menos posible. El cilindro de control debe tenerse a la misma temperatura a la cual se encuentra la solución del suelo. Se debe introducir el hidrómetro y el termómetrodentro de la solución de suel o delicadamente y preferiblemente en el centro del cilindro. Usar una cantidad o el tipo adecuados de defloculante. No emplear una cantidad insuficiente o excesiva de suelo.
También no está demás hacer una revisión exhaustiva del equipo antes de iniciar con los preparativos para el trabajo, en caso de que partículas de diferentes tamaños o de otros materiales se junten con el estudiado provocarían cambios en nuestra recta granulométrica. 8.-CUESTIONARIO 1.- Realice un breve comentario sobre el método utilizado, haciendo notar sus curiosidades y sugerencias acerca del ensayo realizado. 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 defloculante 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. 2.- Explique en que se basa el ensayo? 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.
3.- Explique cuál es la diferencia entre la granulometría por el método mecánico y por el hidrómetro? Existen diferentes métodos, dependiendo de a la mayor proporción de tamaños que existen en la muestra que se va a analizar. Para las partículas Gruesas, el procedimiento utilizado es el Método Mecánico o Granulometría por Tamizado. Pero para las partículas finas, por dificultarse más el tamizado se utiliza el Método del Sifoneado o el Método del Hidrómetro, basados en la Ley de Stokes. 4.- Porque existe la necesidad de realizar este ensayo. 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.
5.- Como podría usted determinar el contenido de arcilla y limo de un suelo. El método del hidrómetro de Bouyoucos es una de las formas más rápidas para analizar el tamaño de las partículas del suelo. La muestra de suelo disperso es mezclada en un cilindro de vidrio alto con agua y una vez que se asienta, la densidad de la suspensión se puede medir con el densímetro. El tiempo que cada tamaño de partícula toma al caer, por debajo de un plano de conjunto imaginario en el cilindro puede ser medido, con las lecturas que son tomadas después de 2,4,8,15,30,60 minutos para medir la sedimentación de arcilla y después de dos horas para medir las partículas de limos. 9.-BIBLIOGRAFIA
Norma ASTM D422
Guía de Laboratorio Suelos 1 (Ing. Karina Laura Soto Salgado )
https://es.scribd.com/doc/48458470/PRACTICA-3-HIDROMETRO https://es.scribd.com/doc/143888051/Tarea-Analisis-de-Sedimentacion-MetodoDel-Hidrometro https://es.scribd.com/doc/112748330/ANALISIS-GRANULOMETRICO-PORSEDIMENTACION https://es.scribd.com/doc/92039345/LABORATORIO-HIDROMETRO https://es.scribd.com/doc/88497096/ANALISIS-GRANULOMETRICO-DE-SUELOSPOR-HIDROMETRO
