ANALISIS GRANULOMETRICO MÉTODO HIDRÓMETRO

OBJETIVOS:

La prueba del análisis del hidrómetro, es un segundo método para poder clasificar a una masa de suelo, teniendo en cuenta que este análisis esta determinado para la realización en forma cuantitativa la distribución de la forma de las partículas en un suelo que haya pasado el tamiz Nº 200 es decir las partículas que se han de utilizar en nuestra practica son menores a 0.074 mm. De diámetro.

Principio.- Este ensayo esta basado fundamentalmente en el principio de sedimentación del suelo a través de la vía mojada, donde se toma en cuenta la ley de Stokes. El cual esta referido a la velocidad con que se sedimenta una partícula en un medio viscoso.

FUNDAMENTO TEORICO:

Para el empleo de este método se debe tener en cuenta que el suelo deberá ser menor a l tamiz Nº 200. En este tipo de suelos las partículas no son completamente esféricas debido a que las arcillas se presentan en forma de escamas o laminas.La ley de Stokes, nos expresa de mejor manera que la velocidad a la cual una partícula se sedimenta a través de un medio líquido, esta función del diámetro y de la gravedad especifica de la partícula.El método inicialmente sugerido por G. J. Bouyoucos y más tarde modificado por A. Casagrande, requiere de 50 a 60 gr. de suelo arcillosos que se lo dispersa en un litro de agua destilada. Para poder tener una suspensión mucho más uniforme, es necesario hacer uso de "Defloculantes", los cuales se encargaran de deshacer los floculos que se han formado por efectos a la agitación a la que fue sometida la muestra más agua, el defloculante más utilizado es el silicato de sodio, luego se agita durante mas o menos unos 10 minutos, seguidamente se leen lecturas a determinados tiempos.Los cálculos basados en estas lecturas nos permiten obtener la distribución del tamaño de los granos del suelo y luego dibujar la curva granulométrica.En muchos casos las arcillas en suspensión no están formadas por partículas individuales sino más bien por floculos.La observación a este método, es que se supone que las partículas de un suelo son redondas cosa que no es real, ya que se sabe que los granos de un suelo tienen diferentes formas.

REDONDEZ DE LAS PARTICULAS

Uno de los posibles errores de este ensayo, es la inadecuada dispersión de los granos de suelo, por lo que será necesaria la utilización del defloculante nombrado anteriormente. Los resultados del análisis hidrométrico no son estrictamente comparables con los obtenidos con el tamizado debido a la no-

esfericidad de los granos del suelo, sino también que los pequeños tienen comúnmente forma de escamas.

Ley de Stokes.- El físico ingles Stokes encontró que si una esferita de radio r se mueve en un líquido viscoso de coeficiente con una velocidad v, el líquido se opone a su movimiento con una fuerza F esta dad por:

F = 6**r*v

Donde:F = Fuerza del líquido que se opone al movimiento = Viscosidad del líquido.r = Radio de la esfera.v = velocidad de caída de la esfera.

La ley fundamental de la que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro es debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de las partículas de un suelo en un fluido y el tamaño de esas partículas.Esta relación puede establecerse empíricamente G. G. Stokes obtuvo una relación aplicable a una esfera de caída en un fluido de extensión infinita, aplicando esa ley se obtiene el diámetro equivalente de la partícula que es el diámetro de una esfera que se sedimenta con la misma velocidad que la partícula real; en partículas equidimencionales este diámetro es aproximadamente al medio diámetro real.

La ley de Stokes esta dada por:(1)

Donde: V = Velocidad de sedimentación de la esfera.s = peso especifico de la esfera.f = peso especifico del fluido. = viscosidad del fluido.D = diámetro de la esfera.

De la ecuación (1) se despeja el diámetro de la esfera D.

(2)

La ley de Stokes aplicada a partículas de suelo real, que se sedimenten en agua es valida solamente en tamaños menores a 0.2 mm. (en menores tamaños las turbulencias provocadas por el movimiento de las partículas alteran apreciablemente la ley de sedimentación) pero las partículas también deben ser mayores a 0.2 micras (debajo de este límite la partícula es afectada por el movimiento Browniano y no llega a sedimentarse).

Los tamices pueden llegar a tamaños de 0.074 mm. y caen dentro del campo de aplicación de la ley de Stokes.

Calibración del hidrómetro.- Puesto que el hidrómetro se encuentra sumergido solo durante el tiempo que se requiere para hacer una lectura, la profundidad del centro del volumen del bulbo requiere una corrección debido a que cuando el hidrómetro se sumerge se produce un movimiento en el nivel del agua. La suspensión que esta a nivel del centro del volumen y que es la que determina la lectura del hidrómetro, estaba más próxima a la superficie durante el proceso de sedimentación.El cálculo del tamaño del grano debe basarse en la profundidad durante el proceso de sedimentación, que es igual a la distancia que hay entre la superficie de la suspensión y el centro del volumen del bulbo.La calibración de un hidrómetro consiste precisamente en la determinación de un aparato dado, de la verdadera altura H en función de las lecturas realizadas. La calibración consiste en: determinar el volumen del bulbo, determinar el área de la probeta, medir la distancia de las marcas de calibración inferior del vástago, etc.

MATERIALES: Para la siguiente práctica se necesito los siguientes materiales:

Dos probetas de capacidad de 1000 cc. Pipeta. Un hidrómetro. Balanza Defloculante (sal). Cronómetro Tamiz Nº 200

PROCEDIMIENTO:

En esta parte del informe sobre el análisis granulométrico por sedimentación de partículas de tamaño inferior al tamiz Nº 200 se ha de explicar el procedimiento mediante el cual se ha desarrollado la práctica y se puede sintetizar de la siguiente manera:

Primeramente hemos tamizado una muestra de suelo a través de una malla de Nº 200 y como resultado se tendrá la de suelo que es limo y arcilla.

Luego de obtener la muestra se saca una cantidad de 50 gr. con lo que se trabajara en la práctica, la colocamos en agua con la ayuda de una espátula mezclamos hasta lograr una mezcla uniforme.

Luego se introduce en la probeta que contenía 1000 cc de agua con deflocuante, la batimos por el espacio de un minuto.

Por otra parte, se coloca una segunda probeta para que se pueda realizar la calibración del hidrómetro, además este frasco deberá de estar con agua limpia.

Al ser agitada la muestra se deberá de tener en cuenta de que esta no se bote por lo que el material es muy fino y esto nos acarreara errores de cálculos.

Una vez agitada la muestra entonces, se introduce el hidrómetro y se realizan lecturas cada determinado tiempo, se llevara al hidrómetro a la probeta que contiene el agua limpia, para limpiar el hidrómetro.

Generalmente este ensayo dura días o mínimamente la última lectura se la da después de 24 horas esto por que el tiempo empleado en el laboratorio no es suficiente.

DATOS Y CALCULOS:Cálculos del peso de muestra seca.

Wc + Ws = 67,5 gr.Wc = 17,5 gr.Ws = 50 gr.

Factor de corrección para el peso unitario de Sólidos (tabla 6.2)

a = 0.99

Peso especifico del agua: Peso especifico del solidó:

ال = 1 [gr./cm3] ال = 2,7 [gr. /cm3]

Corrección de CERO:

Co = 5

Lecturas con el Hidrómetra 152 H:

Nº lunes martes miércoles jueves1 19 1 0 02 14 1 0 0

3 13 1 0 04 12 1 0 05 10 1 0 0

Temp. ºC 19 19 16 16

CALCULO DE PORCENTAJE MAS FINO:

Lectura real Temp. ºC Corrección de Temp.

Lectura corregida % más fino

24 19 -0,3 18,7 37,02619 19 -0,3 17,71 35,065818 19 -0,3 17,7 35,04617 19 -0,3 16,7 33,06615 19 -0,3 14,7 29,1066 16 -0,9 5,1 10,0985 16 -0,9 4,1 8,118

CALCULO DE DIAMETRO:

Corrección por menisco K de Tabla

L de tabla (cm.) Tiempo (min.) Diámetro (cm.)

Diámetro (mm.)

250,0136 13,2 7

0,018675698 0,186756985

200,0136 14 6

0,020774343 0,207743432

190,0136 14,2 5

0,022919127 0,229191274

180,0136 14,3 4

0,025714432 0,257144317

160,0136 14,7 3

0,030104883 0,301048833

70,0141 16,1 2

0,040005256 0,400052559

6 0,0141 16,3 1 0,056926294 0,569262945

TABLA GRANULOMÉTRICA

0

10

20

30

40

0,1 1

DIAMETRO

% Q

UE

PASA

CONCLUSIONES:

Diremos primeramente que a través del estudio del análisis granulométrico podemos llegar a determinar en forma cuantitativa y basado en la ley de Stokes, donde podemos observar que el tamaño de las partículas y sus respectivos porcentajes, para lo cual nos basamos en las partículas son esféricas, lo cual nos es verdad por razones que indicamos anteriormente donde vemos que su real dimensión tiene forma irregular. Además diremos que este método solo se aplica para partículas que hayan pasado el tamiz Nº 200.

También aremos notar que si las partículas son mayores a 0.02 mm. a causa de que el mayor diámetro provoca turbulencia en el fluido y esto afecta notablemente a la ley de la sedimentación.

Estos afectos que afectan a la ley de sedimentación se refiere a que debido a los movimientos Brownianos, estos están completamente agitados por esta razón no llega a tener un asentamiento del 100 % del material. Además aremos notar que tiene intima relación con lo que se denomina flujo laminar, lo cual se puede describir que la ley de sedimentación se ha de cumplir cuando la partícula a sedimentarse circula a través de un canal de flujo el cual tiene régimen laminar.

Ocupa también fundamentalmente importancia en la presente practica la relación entre la cantidad de volumen y la cantidad de muestra que se utiliza esto debido a que si tuviéramos mayor cantidad de muestra la sedimentación ya no seria uniforme.

El trabajo de Arquimides se relaciona con el trabajo del bulbo debido a que se refiere al desplazamiento de un cuerpo que esta sumergido.

En el anterior punto nombrado también diremos que se relaciona con la temperatura del agua, factor del cual nos proporcionamos diferentes dados a sería del peso unitario del agua y de la viscosidad del agua, dichos factores se encuentran íntimamente relacionados con la temperatura.

La practica de teoría del hidrómetro sí bien puede ser más exacta que la de granulometría también tiene sus caprichos que son las de no aceptar mayor a 0.02 mm. Lo cual también se convierte en un análisis incompleto.

Por ultimo diremos que para realizar una práctica completa se deberá trabajar en un análisis combinado en el que se realiza las prácticas de granulometría y análisis hidrométrico.

UNIVERSIDAD AUTONOMA “JUAN MISAEL SARACHO”

FACULTAD DE CIENCIAS Y TECNOLOGÍA

PROGRAMA DE INGENIERIA CIVIL

“ENSAYO DEL HIDRÓMETRO”

LAB. DE SUELOS

Docente: Ing. TRINIDAD BALDIVIEZO.

Universitario: Abraham Gómez Borja.

Grupo: “1”

Horario: Lunes de 15:00 –18:00

Tarija – Bolivia