Hid Ro Metro

UNIVERSIDAD ANDINA DEL CUSCO

FACULTAD DE INGENIERÍA

CARRERA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL

“Año de la Diversificación Productiva y Fortalecimiento de la Educación”

CURSO: MECÁNICA DE SUELOS

DOCENTE: ING. LIENDO VARGAS, IVAN SERGIO

ALUMNOS: MELLADO FLÓREZ, LUIS DELMIRO 013100580E

ESTRADA ESCALANTE, VÍCTOR RAFAEL 013100007C

SEMESTRE: 2015-I

CUSCO-PERÚ

2015

ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO POR HIDRÓMETRO


FACULTAD DE INGENIERÍAS


HIDROMETRO

PRESENTACIÓN

Ingeniero Ivan Sergio Liendo Vargas, docente del curso de Mecánica de Suelos, en esta

oportunidad ponemos a su disposición la siguiente monografía del trabajo asignado en el

curso que su persona dirige.

El análisis granulométrico por tamizado se da con partículas de tamaño considerable del

cual al pasar el tamiz N° 200 las partículas pasantes son tantos limos como arcillas

pero se puede determinar el tipo de suelo de esas partículas haciendo un análisis

granulométrico por el método del Hidrómetro.

Este tipo de análisis granulométrico se produce por el tiempo de sedimentación el cual

se determina por las diferentes propiedades de las arcillas como los limos al ser

suspendidos en agua.

Esperamos poder recibir sugerencias de su parte acerca del presente trabajo, para que

de esa forma podamos enmendar errores que pudimos haber cometido y así omitirlos en

un futuro; sin más preámbulos, esperamos que el presente informe sea de su completo

agrado y total comprensión.

LOS ALUMNOS




HIDROMETRO

OBJETIVO

Conocer acerca otro tipo de análisis granulométrico que es usado para

suelos muy fino; es el método del hidrómetro.

MARCO TEÓRICO

ANÁLISIS HIDROMÉTRICO

El análisis de hidrómetro es un método ampliamente utilizado para obtener un

estimado de la distribución granulométrica del suelo cuya partículas se encuentran desde

el tamiz No. 200 (0.075 mm) hasta alrededor de 0.001 mm.

El principal objetivo del análisis de 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 es utilizada 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.

Por simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que

la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes, según la cual:

Si las unidades de η son (g . s) / cm2, PIV en g/cm3, L está en cm, t está en min y D

está en mm, entonces




HIDROMETRO

El rango de los diámetros D de partículas de suelo para los cuales esta ecuación es

válida, es aproximadamente:

0.0002 mm< D < 0.2 mm

Note que el valor de K es una función de Gs Y η, que son dependientes de la temperatura

de la prueba.

En el laboratorio, la prueba del hidrómetro se conduce en un cilindro de sedimentación

con 50 g de muestra seca al horno. El

cilindro de sedimentación tiene 457 mm de

altura y 63.5 mm de diámetro; el cilindro

está marcado para un volumen de 1000 ml.

Como agente dispersor se usa

generalmente el hexametafosfato de

sodio. El volumen de la suspensión de

suelo dispersado se lleva hasta los 1000

mI añadiendo agua destilada.

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

cm' 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

meta fosfato de sodio produce una

solución ácida y por consiguiente se

podría esperar una mayor eficacia como

agente dispersivo en suelos alcalinos.




HIDROMETRO

Cuando un tipo de hidrómetro ASTM 152H se coloca en la suspensión de suelo (figura 1.5)

en un tiempo t, medido desde el principio de la sedimentación, mide la densidad de sólidos

en la vecindad de su bulbo a una profundidad L. La densidad de sólidos es una función

de la cantidad de partículas de suelo presentes por volumen unitario de suspensión en

esa profundidad. En un tiempo t, las partículas de suelo en suspensión a una profundidad

L tendrán un diámetro menor que D, calculado según la ecuación (1.5). Las partículas más

grandes se habrán asentado más allá de la zona de medición. Los hidrómetros son

diseñados para dar la cantidad de suelo, en gramos, aún en suspensión. Los hidrómetros

son calibrados para suelos que tienen una densidad de sólidos (Gs) de 2.65; para suelos

de otra densidad de sólidos, es necesario hacer correcciones.

Conocida la cantidad de peso en suspensión, L y t, podemos calcular el porcentaje de

suelo por peso más fino que un cierto diámetro. Note que L es la profundidad medida

desde la superficie del agua hasta el centro de gravedad del bulbo del hidrómetro donde

se mide la densidad de la suspensión. El valor de L cambia con el tiempo t; su variación

con las lecturas del hidrómetro está dada en el Libro de Normas de la ASTM (1998,

véase la Prueba D-422). El análisis por hidrómetro es efectivo para separar las fracciones

de suelo hasta un tamaño de aproximadamente 0.5 µ.

Para la corrección de resultados por la temperatura se debe traer otro cilindro de

agua que debe tenerse a la misma temperatura a la cual se encuentra la solución de

suelo. Una lectura de menos de cero en el jarro o cilindro patrón de agua se registra

como un valor negativo. Una lectura entre O y 60 se registra como un valor positivo.

Todas las lecturas se deben tomar desde la parte superior del menisco en ambos

cilindros tanto el patrón (con agua clara) como el que contiene la suspensión de suelo-

agua (agua turbia).

Fig. 1: corrección de la temperatura




HIDROMETRO

OJO: Si la temperatura es demasiado alta en ambos cilindros, el que contiene el suelo y

el patrón, la densidad del agua será igualmente menor y el hundimiento del hidrómetro

será el mismo por ese concepto.

PROCEDIMIENTO:

MÉTODO A: Utilizar el siguiente procedimiento siempre que la muestra de suelo tenga

entre 80 y .90% del material menor que el diámetro correspondiente al tamiz No. 200.

Cuando menos cantidad de la muestra pase a través del tamiz No. 200 y/o se encuentre

presente material superior en tamaño al tamiz No. 10, considere la utilización del método

B

1. Tomar exactamente 50 g de suelo secado al horno y pulverizado (como el que

se utilizó en el análisis por tamizado) y mezclarlo con 125 ml de solución al 4 %

de NaPO3 Una solución de 4% de metafosfato de sodio. La solución debe ser

siempre fresca y en ningún caso haber sido preparada con más de un mes de

anterioridad.

2. Dejar asentar la muestra de suelo cerca de una hora (la ASTM sugiere 16 horas

para suelos arcillosos, pero esto generalmente es innecesario). Transferir la

mezcla al vaso de una máquina batidora de refrescos y añadir agua común hasta

llenar 2/3 del vaso. Mezclarlo por espacio de 1 minuto si se emplearon entre 10

y 16 horas en la preparación de la muestra, de 10 contrario mezclarlo entre 3 y

5 minutos

3. Transferir el contenido del vaso de la batidora a un cilindro de sedimentación.

Añadir agua común hasta completar la marca de 1000 ml de cilindro. Preparar el

cilindro patrón de control con agua común y 125 ml de la solución de dispersante

al 4%. Verificar que la temperatura del agua común sea igual para ambos cilindros,

el de sedimentación y el de control.

4. Tomar un tapón de caucho para tapar la boca del cilindro donde se encuentra la

suspensión de suelo y agitarla cuidadosamente por cerca de un minuto. Poner

sobre la mesa el cilindro, remover el tapón, inmediatamente insertar el hidrómetro

y tomar lecturas con los siguientes intervalos de tiempo: 1, 2, 3 y 4 minutos

tomar igualmente lectura del termómetro.

5. Volver a agitar la suspensión y volver a tomar otra serie de medidas a 1, 2, 3

y 4 minutos y repetir tantas veces como se necesite con el fin de obtener dos

juegos de mediciones que concuerden a la unidad en cada una de las cuatro

mediciones. Si no se utiliza un baño estabilizador de temperatura, se puede

continuar la práctica como se indica en el paso 6.

6. Tomar una medición a los 4 minutos dentro del baño estabilizador y compararla

con las mediciones de 4 minutos anteriores, si existe suficiente concordancia entre




HIDROMETRO

dichas lecturas, es posible continuar el ensayo; de otra forma, es necesario volver

a agitar y repetir el proceso hasta lograr dicha concordancia.

MÉTODO B: Este método debe utilizarse para obtener el análisis mecánico e hidrométrico

de suelos cuya fracción gruesa es apreciable. En realidad puede utilizarse para cualquier

suelo, pero su duración es mucho mayor que el método A antes explicado y que el

procedimiento del Experimento No. 5. Por esta razón para práctica de laboratorio

estudiantil es preferible ejecutar por separado el Experimento No. 5 y/o el método A de

este Experimento.

1. Secar al horno una cantidad adecuada de suelo sobre la base del máximo tamaño

de agregado. Esta cantidad deberá variar entre 300 g Y 1000 g más que las

siguientes cantidades:

500 g si el máximo agregado de la muestra es de 10 mm o menos (peso

total de la muestra)

5000 g para suelos cuyo máximo agregado tenga un tamaño de 75 mm o

mayor.

Usar interpolación lineal y aproximar al millar mayor para diámetros

intermedios.

Denominar Wo al peso real de la muestra de suelo- y usar 500, 1000, 2000 g, etc.

Asegurarse de que la muestra total secada al horno sea mayor, e. g., para una

muestra de 500 g secar al horno una muestra entre 700 y 1000 g. W o será 500

g.

2. Lavar cuidadosamente la muestra W. a través del tamiz No. 200 como se hizo en

el Experimento No. 5 y secar los residuos al horno. Hacer un análisis mecánico

utilizando entre 5-8 tamices escogidos desde el tamaño correspondiente al máximo

agregado presente en la muestra y en la parte inferior un tamiz No. 50 y lo No.

100 y un tamiz No. 200. El hecho de que se escoja el No. 50 o No. 100 (o ambos)

depende del tamaño de la serie necesaria para estimar la gradación del material.

Dibujar la curva granulométrica utilizando los pasos 1 al 9 del "procedimiento" en

el Experimento No. 5. Dibujar la gráfica muy suavemente hasta este punto.

3. A partir de la curva de distribución dibujada, obtener el porcentaje de material

más fino que los tamices No. 50 y No. 100. Utilizar el tamiz No. 100 si es necesario

usar ambos. El tamiz No. 200 debe incluirse para verificar la eficiencia del lavado

de la muestra. Llamar Ni al porcentaje de material más fino obtenido.

4. Obtener una muestra, representativa secada al horno y más pequeña a partir de

la muestra grande secada al horno de un peso exacto W, obtenido de la siguiente

forma:




HIDROMETRO

Donde Ni = porcentaje más fino decimal del paso

3. Esto producirá una muestra para hidrómetro

entre 50 y 60 g, o sea en el rango de lectura del

hidrómetro 152H y con todas sus partículas dentro del rango de validez de la ley

de Stokes.

5. Pulverizar esta muestra tanto como se pueda y tamizar en seco a una bandeja a

través del tamiz que se haya escogido como límite máximo de la fracción fina (50

ó 100). Guardar el material más fino en la bandeja. Recuperar el residuo de

material más grueso y mezclarlo con agua en una cápsula O recipiente adecuado

de porcelana hasta que se sature. Permitir a este material saturarse por espacio

de varias horas (hasta 24) de forma que todos los grumos existentes se ablanden

y disuelvan. A continuación, lavar el material saturado a través del tamiz sobre

la bandeja que contenía el material que originalmente había pasado en seco.

Utilizar tan poca agua como sea posible, pero suficiente para asegurar un lavado

completo de la muestra. Guardar toda el agua (y suelo más fino) en un beaker o

recipiente adecuado, dependiendo de la cantidad resultante, y dejarlo sedimentar.

6. Recuperar el residuo de material más grueso que no logró pasar a través del

tamiz, secarlo al horno y obtener el peso seco de dicho residuo Wf • Utilizar el

peso inicial seco W, del paso 4 y repetir el paso 2 para obtener una nueva curva

de distribución granulométrica. Dibujar suavemente esta nueva curva sobre la que

se obtuvo en el paso 2. Nótese que solo por coincidencia muy feliz se lograrían

dos curvas idénticas. Calcular W, como:

7. Si el material lavado ocupa más de 1000 ml, es necesario dejar sedimentar por un

tiempo la suspensión suelo-agua con el fin de decantar el agua limpia de la parte

superior hasta obtener un volumen remanente entre 400 y 600 ml.

8. Transferir la suspensión suelo-agua al vaso de un mezclador eléctrico de

refrescos y mezclarlo entre 5 y 10 minutos. Verter el material en un cilindro de

sedimentación graduado de 1000 ml. Añadir 125 ml de agente dispersante en

solución y suficiente agua común adicional para llenar el cilindro hasta la marca

de 1000 ml. Asegurarse de no perder suelo en el proceso anterior, y de que el

material que hubiese podido quedar dentro del vaso de la mezcladora sea removido

completamente y transferido al cilindro de sedimentación.

9. Referirse al método inicial A, pasos 4 y siguientes para la conclusión del ensayo

del hidrómetro.




HIDROMETRO

CONCLUSIONES

El análisis Granulométrico por Hidrómetro se hace cuando más del 12 % de la

muestra es material fino.

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.

Cuando queremos que el proceso de sedimentación sea más acelerado se hace uso

de un dispersor que puede ser el Hexa-fosfato de sodio u otros que entren en

este rango.

Es necesario siempre que en este proceso se haga la corrección de Temperatura

comparando el cilindro del hidrómetro con otro cilindro de prueba; ya que al

momento de hacer la lectura con una temperatura estable la densidad del agua

es correcta el cual puede influir mucho al momento de tomar los datos.

Se usa el Método A cuando cerca del 80 al 90 % del material menor que el

diámetro correspondiente al tamiz No. 200. Por el contrario el método B se usa

cuando se encuentre partículas del suelo que no pasen el Tamiz N° 10

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

BOWLES J.(1981).Manual de Laboratorio de Mecánica de suelos. México D. F.

Edit. McGraw-Hill.

BRAJA DAS M.(1984-1985) Fundamentos de la Geotecnia, Braja M. Das,

California.

Laboratorio de mecánica de suelos, Universidad Nacional de Ingenierías,

http://www.lms.uni.edu.pe/ingcivil/.

http://www.lms.uni.edu.pe/ingcivil/

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