UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU INGENIERIA CIVIL

1. INTRODUCCIONEl presente ensayo se desarroll en el laboratorio de suelos de la facultad de Ingeniera Civil de la Universidad Nacional del Centro del Per. La muestra de suelo se obtuvo del distrito 3 de diciembre de la provincia de Chupaca, estudiando de ese modo la muestra.La importancia de definir algn parmetro caracterstico de una dispersin o de una emulsin, tal como un dimetro "promedio", aparece claramente en la literatura que trata de las aplicaciones. Por ejemplo, las propiedades de fraguado y de resistencia del concreto dependen del dimetro medio de la forma de la distribucin de tamao. El poder recubridor de las pinturas, el sabor de las emulsiones alimenticias, y la eficiencia de las dispersiones o las emulsiones farmacuticas, dependen tambin de estas caractersticas. Se puede determinar la distribucin de tamao de gotas de una emulsin por varios mtodos experimentales, basados en fenmenos fsicos. Se pueden clasificar por un lado, en mtodos globales que se basan sobre una propiedad promedio del sistema, tal como su superficie o su reflectancia, y que por lo tanto dan solo un dimetro equivalente; y por otro lado en mtodos individuales que consideran las propiedades a la escala de la gota, y que mediante un anlisis estadstico, llevan a la distribucin de tamao. Existen mtodos para obtener los distintos dimetros como:A) REFLECTANCIA La intensidad de coloracin de una emulsin O/W, cuya fase interna contiene un colorante, decrece con el dimetro de gota (a contenido de fase interna constante) para gotas de tamao 1-30 m. B) TURBIDEZCuando la luz atraviesa una emulsin conteniendo dos lquidos de ndice de refraccin diferentes, una parte de la luz es absorbida, y otra parte desviada (dispersada o difundida), lo que reduce la cantidad transmitida. Si un haz de luz monocromtica pasa a travs de una emulsin mono dispersa diluida, cuyas gotas tienen un dimetro "a" y un ndice de refraccin "n*", y si "n" es el ndice de refraccin de la fase externa, la cantidad de luz dispersada es proporcional al cuadrado del dimetro de gota y a una funcin "" llamada coeficiente de dispersin [Llothian & Chappel, 1951]C) MICROSCOPIA Y ANALISIS DE IMAGENES La observacin directa o la fotografa en microscopia ptica, es el mtodo ms simple, y el nico que puede considerarse como absoluto.Permite al operador pronunciar un juicio subjetivo acerca del tamao o de la forma de las gotas Sin embargo, se vuelve extremadamente tedioso y a menudo distorsionado cuando se quiere hacer medidas objetivas, como determinaciones de tamao de gota. El lmite inferior de la microscopia ptica es del orden del m, en buenas condiciones de iluminacin y de contraste interfacial; sin embargo a estas dimensiones, el movimiento browniano se vuelve un problema y se requiere utilizar pelculas muy sensibles y alumbrados flash para inmovilizar la imagen. D) CONTADORES DE ORIFICIO Cuando una partcula o gota pasa a travs de un orificio pequeo sumergido en una solucin electroltica, se modifican las lneas de corriente dentro del orificio, y por lo tanto la conductividad electroltica entre dos electrodos situados a un lado y otro del orificio La seal elctrica obtenida al pasar una gota a travs del orificio est relacionada con su dimetro, siempre y cuando dicho dimetro sea del mismo orden de magnitud que el dimetro del orificio.E) DIFRACCION DE LA LUZ COHERENTECuando un haz paralelo de luz coherente monocromtica (laser) pasa a travs de una pequea zona conteniendo partculas o gotas, se forma un patrn de difraccin superpuesto a la imagen, y mucho ms amplio que aquella. Si se coloca una lente convergente despus de la zona de partculas, y se ubica una pantalla en el plano focal de la lente, la luz no difractada forma una imagen en el foco, y la luz difractada forma un conjunto de anillos concntricos alternativamente blancos y negros, llamado patrn de Fraunhofer.

2. OBJETIVOS

El principal objetivo del anlisis de hidrmetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje ms fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribucin granulomtrica cuando ms del 12% del material pasa a travs del tamiz No. 200. Obtener la curva granulomtrica a travs del tamizado y el ensayo con el mtodo del hidrmetro.

3. MATERIALES E INSTRUMENTOS:

Horno de secado.- Tiene que estar termostticamente controlado, con capacidad de 100C como mximo. Balanzas, que tengan una precisin de 0.01 g para muestras que tengan un peso de 200 g o menos; 0.1 g para muestras que tengan un peso entre 200 y 1000 g, y 1 g para muestras que tengan un peso mayor a 1000 g. Recipientes.- Vasijas apropiadas hechas de un material resistente a la corrosin y a cambios en su peso al ser sometidas a repetidos calentamientos y enfriamientos, y a operaciones de limpieza. Pipeta.- Lapipetaes un instrumento volumtrico de laboratorio que permite medir la alcuota de lquido con bastante precisin. Agua. Taras. Termmetro. Hidrmetro. determina la gravedad especfica de la suspensin agua-suelo en el centro del bulbo. Batidora. Probetas de 1000 cm3. Juego de mallas (comnmente se utilizan: 3, 2,1, , ,3/8, No.4, No.10, No.20, No.40, No.60, No.100, No.200 y la Charola). La muestra de suelo tiene que pasar por la malla N 200. Hexa-metafosfato de sodio.-usado como como agentes dispersores para neutralizar la carga elctrica de las partculas de suelo. Espatula.

4. PROCEDIMIENTO

El procedimiento a seguir fue el del mtodo B sealado en la parte terica del informe, el cual es aplicable a la muestra de suelo que se utiliz para este ensayo que contena apreciable cantidad de material grueso.1. Secar al horno una cantidad adecuada de suelo sobre la base del mximo tamao de agregado. Esta cantidad deber variar entre 300 g y 1000 g ms que las siguientes cantidades:a) 500 g si el mximo agregado de la muestra es de 10 mm o menos (peso total de la muestra).b) 5000 g para suelos cuyo mximo agregado tenga un tamao de 75 mm o mayor.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 homo sea mayor, e. g., para una muestra de 500 g r secar al homo una muestra entre 700 y 1000 gr. Wo ser 500 g.2. Lavar cuidadosamente la muestra W0 a travs del tamiz No200 y secar los residuos al horno. Hacer un anlisis mecnico utilizando entre 5 a 8 tamices escogidos desde el tamao correspondiente al mximo agregado presente en la muestra y en la parte inferior un tamiz N o50 y /o No100 y un tamiz No200. El hecho de que se escoja el No50 o No100 (o ambos) depende del tamao de la serie necesaria para estimar la gradacin del material. Dibujar la curva de distribucin granulomtrica hasta este punto3. A partir de la curva de distribucin dibujada, obtener el porcentaje de material ms fino que los tamices No 50 y No100. Utilizar el tamiz No100 si es necesario usar ambos. El tamiz N200 debe incluirse para verificar la eficiencia del lavado de la muestra. Llamar Ni al porcentaje de material ms fino obtenido.4. Obtener una muestra, representativa secada al homo y ms pequea a partir de la muestra grande secada al horno de un peso exacto Wt obtenido de la siguiente forma: Donde Ni = porcentaje ms fino decimal del paso Esto producir una muestra para hidrmetro entre 50 y 60 g, o sea en el rango de lectura del hidrmetro 152H y con todas sus partculas 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 travs del tamiz que se haya escogido como lmite mximo de la fraccin fina (50 100). Guardar el material ms fino en la bandeja. Recuperar el residuo de material ms grueso y mezclarlo con agua en una cpsula o recipiente adecuado 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. 6. A continuacin, lavar el material saturado a travs del tamiz sobre la bandeja que contena el material que originalmente haba 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 ms fino) en un recipiente adecuado, dependiendo de la cantidad resultante, y dejarlo sedimentar.

7. Recuperar el residuo de material ms grueso que no logr pasar a travs del tamiz, secarlo al homo y obtener el peso seco de dicho residuo W f. Utilizar el peso inicial seco Wt del paso 4 y repetir el paso 2 para obtener una nueva curva de distribucin granulomtrica. Dibujar suavemente esta nueva curva sobre la que se obtuvo en el paso 2. Ntese que solo por coincidencia muy feliz se lograran dos curvas idnticas. Calcular Ws como: Ws = Wt - Wf8. Si el material lavado ocupa ms de 1000 ml, es necesario dejar sedimentar por un tiempo la suspensin suelo-agua con el fin de decantar el agua limpia de la parte superior hasta obtener un volumen remanente entre 400 y 600 ml.9. Transferir la suspensin suelo-agua al vaso de un mezclador elctrico de refrescos y mezclarlo entre 5 y 10 minutos. Verter el material en un cilindro de sedimentacin graduado de 1000 ml. Aadir 125 ml. de agente dispersante (NaPO3) en solucin y suficiente agua comn adicional para llenar el cilindro hasta la marca de 1000 m l. 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 sedimentacin.10. Tomar un tapn de caucho (usar la palma de la mano si no hay un tapn disponible) para tapar la boca del cilindro donde se encuentra la suspensin de suelo y agitarla cuidadosamente por cerca de un minuto. Poner sobre la mesa el cilindro, remover el tapn, inmediatamente insertar el hidrmetro y tomar lecturas con los siguientes intervalos de tiempo: 1, 2, 3 y 4 minutos. Tomar igualmente lectura del termmetro.Colocar el hidrmetro y el termmetro en el recipiente de control (el cual debe encontrarse a una temperatura que no difiera en ms de 1 C del suelo). Tomar una lectura para correccin de menisco en el hidrmetro dentro del cilindro de control el cual solo tendr agua con 125 ml de agente dispersante y agua hasta 1000 ml.Es usual dejar el hidrmetro metido dentro de la solucin de suelo durante las primeras dos mediciones, y luego removerlo y volverlo a colocar para cada una de las siguientes dos mediciones. Sin embargo, el error que se introduce al dejar el hidrmetro metido entre la suspensin durante las cuatro mediciones es mnimo. Es necesario evitar en lo posible la agitacin de la suspensin cuando se coloca el hidrmetro dentro de e lla, colocndolo tan suavemente como para requerir alrededor de 10 segundos en realizar di cha operacin.11. Reemplazar el tapn No. 12, volver a agitar la suspensin y volver a tomar otra serie de medidas a 1, 2, 3 y 4 min. 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 existe suficiente concordancia entre dichas lecturas, es posible continuar el ensayo; de otra forma, es necesario volver a agitar y repetir el proceso hasta lograr dicha concordancia. Una vez que se haya logrado acuerdo en las medidas (hasta la unidad), se deben tomar medidas adicionales a los siguientes intervalos de tiempo: 8, 15, 30, 60 minutos, y 2, 4, 8, 16, 32, 64, 96 horas.Los intervalos sugeridos para tomar mediciones despus de 2 horas de comenzado el ensayo son slo aproximados, ya que en realidad cualquier tiempo sera adecuado siempre y cuando sea tomado con suficiente espaciamiento para permitir una dispersin satisfactoria de los puntos en la grfica.Registrar la temperatura de la suspensin suelo agua con una precisin de 1C para cada medicin del hidrmetro.El ensayo puede terminarse antes de las 96 horas a discrecin. El experimento debe continuarse hasta que el tamao de las partculas D que se encuentran en suspensin sea del orden de 0.001 mm (se debe hacer simultneamente el clculo).Entre lectura y lectura del hidrmetro se debe guardar ste y el termmetro en el cilindro de control (el cual debe estar a la misma temperatura).12. Pasar a la seccin de "clculos"

5. MARCO TEORICOa) ANLISIS GRANULOMTRICO POR SEDIMENTACIN (ASTM D422)El anlisis hidromtrico se usa para obtener un estimado de la distribucin se basa en la ley de Stokes. Se asume que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado, con partculas de varias formas y tamaos.El anlisis de hidrmetro es un mtodo ampliamente utilizado para obtener un estimado de la distribucin granulomtrica de suelos cuyas partculas se encuentran desde el tamiz No. 200(0.075 mm) hasta alrededor de 0.001 mm. Los datos se presentan en un grfico semilogartmico de porcentaje de material ms fino contra dimetro de los granos y puede combinarse con los datos obtenidos en el anlisis mecnico del material retenido, o sea mayor que el tamiz No. 200 (u otro tamao cualquiera).

El principal objetivo del anlisis de hidrmetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje ms fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribucin granulomtrica cuando ms del 12% del material pasa a travs del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningn sistema de clasificacin de suelos y no existe ningn tipo de conducta particular del material que dependa intrnsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fraccin de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geolgica y del contenido de humedad ms que de la distribucin misma de los tamaos de partcula.

El anlisis de hidrmetro utiliza la relacin entre la velocidad de cada de esferas en un fluido, el dimetro de la esfera, el peso especfico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por el fsico Ingls G. G. Stokes (ca. 1850) en la ecuacin conocida como la ley de Stokes:

Donde v =velocidad de cada de la esfera, cm/sYs =peso especfico de la esferaYf =peso especfico del fluido (usualmente agua). = viscosidad absoluta, o dinmica del fluido, (g/cm s).D = dimetro de la esfera, cm

Al resolver la ecuacin para D utilizando el peso especfico del agua, se obtiene:

El rango de los dimetros D de partculas de suelo para los cuales esta ecuacin es vlida, es aproximadamente:0.0002 mm < D < 0.2 mmPues los granos mayores causan excesiva turbulencia en el fluido y los granos muy pequeos estn sujetos a movimientos de tipo Browniano (sujetos a fuerza de atraccin y repulsin entre partculas).Como el peso especfico del agua y su viscosidad varan con la temperatura, es evidente que esta variable tambin debe ser considerada.

Para obtener la velocidad de cada de las partculas se utiliza el hidrmetro. Este aparato se desarroll originalmente para determinar la gravedad especfica de una solucin, pero alterando su escala se puede utilizar para leer otros valores.Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeo contenido de un agente dispersante para formar una solucin de 1000 cm3, se obtiene una solucin con una gravedad especfica ligeramente mayor que 1.000 (ya que G del agua destilada es 1.000 a 4C. El agente dispersante se aade a la solucin para neutralizar las cargas sobre las partculas ms pequeas de suelo, que a menudo tienen carga negativa. Con orientacin adecuada estos granos cargados elctricamente se atraen entre s con fuerza suficiente para permanecer unidos, creando as unidades mayores que funcionan como partculas. De acuerdo con la ley da Stokes, estas partculas mayores sedimentarn ms rpidamente a travs del fluido que las partculas aisladas. El hexametafosfato de sodio, tambin llamado metafosfato (NaPO3), y el silicato de sodio o vidrio lquido (Na3 SiO3), son dos materiales usados muy a menudo como agentes dispersores para neutralizar la carga elctrica de las partculas 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 solucin al 4% de hexametafosfato de sodio en los 1000 cm3 de suspensin de agua-suelo se han considerado en general adecuados. El metafosfato de sodio produce una solucin acida (torna azul los papeles utilizados para determinar acidez) y por consiguiente se podra esperar una mayor eficacia como agente dispersivo en suelos alcalinos. El silicato de sodio, por otra parte, produce una solucin alcalina y debera ser ms eficiente en suelos cidos o suelos cuyo pH es menor de 7. La mayora de las arcillas son "alcalinas". La presencia de cierta sal u otras impurezas, sin embargo, puede crear una condicin "acida". Para ser estrictos se debera determinar el pH de la solucin antes de utilizar arbitraria mente algn agente dispersivo.El hidrmetro usado ms comnmente es el tipo 152H (designado por la norma ASTM) y est calibrado para leer suelo de un valor de Gs = 2.65 en 1000 cm3 de suspensin siempre que no haya ms de 60 g de suelo en la solucin. La lectura por consiguiente est directamente relacionada con la gravedad especfica de la solucin. Esta calibracin particular del hidrmetro es una ayuda considerable. Por esta razn este tipo d hidrmetro se utiliza muy ampliamente, a pesar de existir otros tipos de hidrmetros que pueden ser ledos en trminos de la gravedad especfica de la suspensin suelo-agua. Para estos ltimos hidrmetros, debe tenerse mucho cuidado en no usar ms de 60 g de solucin de suelo por litro de solucin para evitar la interferencia entre las partculas granulares durante la sedimentacin, lo cual empobrece los resultados obtenidos de la aplicacin de la ley de Stokes.

HIDROMETRO 152HEl hidrmetro determina la gravedad especfica de la suspensin agua-suelo en el centro del bulbo. Todas las partculas de mayor tamao que aqullas que se encuentren an en suspensin en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro de volumen del bulbo y la superficie del agua) habrn cado por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especfica de la suspensin en el centro de volumen del hidrmetro. Adems es obvio que como el hidrmetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especfica de la suspensin, el hidrmetro se hundir ms dentro de la suspensin (aumentando as la distancia L). Es preciso recordar tambin, que la gravedad especfica del agua (o densidad) decrece a medida que la temperatura aumenta (o disminuye) de 4C. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del hidrmetro dentro de la suspensin.Como L representa la distancia de cada de las partculas en un intervalo de tiempo dado t, y la velocidad se puede definir en la como la distancia dividida por el tiempo, es evidente que la velocidad de cada de las partculas es:

Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algn tiempo transcurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesaria para utilizar en la ecuacin de Stokes. Para encontrar L, es necesario medir la distancia L2 y varios valores de la distancia variable L, utilizando una escala. A continuacin, usar un cilindro de sedimentacin graduado de seccin transversal A conocida, sumergir dentro de l el bulbo del hidrmetro y determinar el cambio en la medicin del cilindro. Esto permitir determinar el volumen del bulbo del hidrmetro Vb. A continuacin se puede calcular la longitud L en cmSi L1 y L2 estn en cm y Vb se encuentra en cm3, de la siguiente forma:

El porcentaje ms fino se relaciona directamente a la lectura de hidrmetro de tipo 152H ya que la lectura proporciona los gramos de suelo que an se encuentran en suspensin directamente si la gravedad especfica de suelo es de 2.65 g/cm3 y el agua se encuentra a una densidad de 1.00 g/cm3. El agente dispersante tendr algn efecto sobre el agua y, adicionalmente la temperatura del ensayo deber ser cercana a 20 C y la Gs de los granos de suelo seguramente no es 2.65; por consiguiente se necesita corregir la lectura real del hidrmetro para obtener la "lectura" correcta de los gramos de suelo todava en suspensin en cualquier instante durante el ensayo.La temperatura puede mantenerse como una variable de un solo valor utilizando un bao de agua de temperatura controlada (si existe la disponibilidad), pero esto es una conveniencia mas no una necesidad. El efecto de las impurezas en el agua y del agente dispersor sobre las lecturas del hidrmetro se puede obtener utilizando un cilindro de sedimentacin de agua de la misma fuente y con la misma cantidad de agente dispersivo que se utiliz al hacer la suspensin agua-suelo para obtener la "correccin de cero". Este cilindro de agua debe tenerse a la misma temperatura a la cual se encuentra la solucin de suelo. Una lectura de menos de cero en el jarro o cilindro patrn 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 patrn como el que contiene la suspensin de suelo-agua Si la temperatura es demasiado alta en ambos cilindros, el que contiene el suelo y el patrn, la densidad del agua ser igualmente menor y el hundimiento del hidrmetro ser el mismo por ese concepto. Una vez corregida la lectura del hidrmetro (sin incluir el hecho de que la gravedad especfica de los slidos puede diferir de 2.65), el porcentaje de material ms fino puede calcularse por simple proporcin (si Gs = 2.65) como:

Donde: Rc = gramos de suelo en suspensin en un tiempo t dado (lectura corregida del hidrmetro)Ws = peso original de suelo colocado en la suspensin, (gr).Si Gs no es igual a 2.65, es posible calcular una constante a para utilizar en la ec. Por proporcin como sigue:

Despejando a se tiene:

Cuando se trata de realizar clculos, la ecuacin de Stokes se reescribe comnmente 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:

Como todas las variables menos L/t son independientes del problema excepto por la temperatura de la suspensin, es posible evaluar K= f (T, Gs) de una sola vez.

CORRECCIONES Y FORMULAS A USAR:CORRECCIN DE LAS LECTURAS DEL HIDRMETRO Antes de proceder con los clculos, las lecturas del hidrmetro debern ser corregidas por menisco Por temperatura debern ser corregidas por menisco. Por temperatura, por floculante y punto cero.Correccin por menisco (Cm): Se determina introduciendo el hidrmetro en agua destilada y observando la altura a la cual el menisco se levanta por encima de la superficie del agua. Correccin por floculante y punto cero: Se selecciona un cilindro graduado de 1000 ml de capacidad y se llena con agua destilada con una cantidad de floculante igual a la que se destilada con una cantidad de floculante igual a la que se empleara en el ensayo.Realice en la parte superior del menisco la lectura del hidrmetro y a continuacin introduzca un termmetro para medir la temperatura de la solucin.Lectura del hidrmetro corregido (Rc):Rc = Rd Cd + CtDonde:Rc = Lectura del hidrmetro corregido.Rd = Lectura del hidrmetroCd = Lectura del hidrmetro en agua ms defloculante.Ct = Correccin por temperaturaClculo del Porcentaje ms fino, P (%):

Donde:Rc = Lectura del hidrmetro corregido.a = Correccin por gravedad especifica.Ws = Peso seco de la muestra.Gs = Peso especfico de slidos.Lectura del hidrmetro corregido slo por menisco (R):R = Rd + CmDonde:R = Lectura del hidrmetro corregido por menisco.Rd = Lectura del hidrmetro.Cm= Lectura del hidrmetro en agua.Ahora ya podemos encontrar el dimetro equivalente:

b) Mtodo de la pipetaEl mtodo de la pipeta es ampliamente usado por varias razones; es simple, razonablemente preciso y para su realizacin requiere solo de aparatos simples. Este mtodo fue desarrollado independientemente por cientficos ingleses, norteamericanos y alemanes a comienzos de los aos 1920.Consiste, bsicamente, en la determinacin de la densidad de partculas en suspensin a profundidades fijas como funcin del tiempo.Para obtener buenos resultados y minimizar errores, las partculas analizadas deben ser independientes unas de otras (no deben existir agregados de partculas), por lo tanto se requiere de un tratamiento de dispersin previo al anlisis granulomtrico.Este anlisis necesitar de (NaPO4)6en solucin al 0.5%. Para conseguir esta concentracin, primero se prepara un stock de solucin al 5% mezclando 50 g del dispersivo con 500 ml de agua destilada en un recipiente de 1 litro de capacidad. La mezcla debe agitarse vigorosamente por un minuto o ms si el polvo no se ha disuelto completamente. Luego debe agregarse nuevamente agua destilada hasta completar el litro, se agita y se deja reposar alrededor de 12 horas.Para obtener una solucin al 0.5% a partir de una al 5% se diluyen 100 ml de la mezcla original en 900 ml de agua destilada.Posteriormente, al determinar el peso de cada fraccin recolectada por la pipeta, debe considerarse el peso adicional que proporciona el dispersante el cual se calcula sumando 1/50 del peso total del dispersante al peso del vaso correspondiente a cada fraccin.Este mtodo cuantifica las partculas minerales del suelo en forma gravimtrica, y se considera el ms exacto en la determinacin granulomtrica.1) Materiales Vasos de precipitado de 100 a 1000 ml Recipientes de vidrio y plstico de 500 ml con tapa para centrfuga. Probetas de 1000 cm3 Agitador de motor para dispersin Agitador de plstico para probetas de 1000 cm3 Soporte especial para pipeta Pipeta especial de 25 ml Juego de tamices de 3 de dimetro y con aberturas de 1000, 500, 250, y 106 m Tamiz de 8 de dimetro con abertura de 53 o 47 m Centrfuga de baja velocidad (1500 rpm), y de alta velocidad (12,000 rpm) Potencimetro Parrilla elctrica o bao mara Estufa para secar a 105-110 C Puente para medir conductividad elctrica

Agitador de motor para dispersin con botellas de plstico2) Reactivos Perxido de hidrgeno al 30 %, o hipoclorito de sodio (menos agresivo) Acetato de sodio (NaOAc) 1M pH 5 Solucin amortiguadora de citrato-bicarbonato de sodio.- preparar citrato de sodio 0.3 M (88.4 g/L) y adicionar 125 ml de bicarbonato de sodio 1M (84 g/L). Ditionito de sodio Solucin saturada de cloruro de sodio (NaCl) Cloruro de sodio (NaCl)10% Nitrato de plata (AgNO3)1M Cloruro de bario (BaCl2)1M Acetona Hexametafosfato de sodio (HMF) 50.0 g/L (dispersante) Cloruro de magnesio (MgCl2)1M Acido clorhdrico (HCl) 1M3) ProcedimientoLos procedimientos para el anlisis granulomtrico por hidrmetro y por pipeta inician con una muestra de suelo secada al aire. Sin embargo, en el caso de suelos de clima tropical o de origen volcnico ricos en materiales no cristalinos, es necesario iniciar este anlisis con una muestra de suelo con humedad de campo; esto se debe a que la rehidratacin de un suelo que contiene minerales amorfos no es completa. En este caso, es necesario trabajar con dos muestras de suelo, una de ellas (10 g), se emplear para determinar el peso seco del suelo y, la otra, se emplear para el anlisis granulomtrico.4) Tratamientos previos a la separacin de las fracciones del sueloLa presencia de carbonatos, principalmente de Ca y Mg, pueden causar agregacin en el suelo y, por lo tanto, una mala dispersin de las partculas. Los carbonatos pueden ser removidos antes de la dispersin y sedimentacin acidificando la muestra, y el calentar acelera la reaccin. El tratamiento con HCl puede destruir minerales arcillosos, por lo que se recomienda utilizar NaOAc 1M pH 5.La remocin de la materia orgnica depende, principalmente, de su naturaleza y concentracin, pH, y la presencia de carbonatos, yeso, xidos y sales solubles. Para destruir la materia orgnica se han utilizados reactivos como perxido de hidrgeno, hipoclorito de sodio, y permanganato de potasio, entre otros. El perxido de hidrgeno ha sido recomendado como el oxidante estndar.Las cubiertas o pelculas y cristales de varios xidos de hierro como la hematita y goetita, a menudo actan como cementantes, y el removerlos ayuda a una mejor dispersin de las partculas. Sin embargo, en suelos donde los xidos de hierro son parte dominante de la mineraloga, no es recomendable la remocin de los xidos de Fe, ya que se destruye parte de la fraccin arcillosa del suelo.Una gran variedad de sales solubles son comunes en suelos alcalinos, y altas concentraciones de ellas pueden causar floculacin en la suspensin del suelo. Por otra parte, las sales alcalinas pueden causar la descomposicin del perxido de hidrgeno, disminuyendo su efectividad como oxidante. Las sales de Ca y Mg se presentan como carbonatos y pueden presentar problemas en la cuantificacin de limos y arcillas.El investigador tendr que elegir el o los tratamientos que deban realizarse en sus muestras de suelo, dependiendo de las caractersticas de ste.5) Remocin de carbonatos y sales solubles. Pesar una muestra de suelo secado al aire y tamizada en malla de 2 mm de abertura (malla 10), de 10 g para suelos arcillosos, 20 g para francos, 40 g para franco arenosos, y de 80 a 100 g para suelos arenosos. Coloque la muestra en tubos de centrfuga de 250 ml y adicione 100 ml de agua destilada, mezcle y agregue 10 ml de NaOAc 1M pH 5. Centrifugue 10 a 1500 rpm y descarte el sobrenadante. Repita dos o tres veces el procedimiento, y lave dos veces ms con agua destilada, asegurndose de que el sobrenadante est claro. Si no lo est, lo cual ocurre con muestras que tienen grandes cantidades de yeso, entonces repita la operacin anterior. Asegrese de que el sobrenadante est libre de sales utilizando AgNO3 para cloruros y BaCl2 para sulfatos, o medir la conductividad elctrica cuyo valor deber ser < 40 S/cm.6) Remocin de materia orgnica. Despus de remover carbonatos y sales solubles, pase la muestra (con la menor cantidad de agua destilada) a vasos de precipitado de forma alta con capacidad de 600 ml, adicione 5 ml de H2O2 a la suspensin de suelo, agite, y observe por varios minutos. Si se presenta un exceso de efervescencia, agregue agua fra, si no es as, ponga a calentar en una parrilla elctrica (60 C), o en bao mara, y cuando la reaccin haya disminuido, agregue otra dosis de perxido. Note que el MnO2 descompone el perxido, por lo que sera necesaria otra etapa para removerlo antes del tratamiento con el perxido. Contine agregando perxido y repita el calentamiento hasta que la materia orgnica sea destruida, lo cual se observa al ya no hacer reaccin el perxido y con un cambio de color del suelo hacia una tonalidad ms clara. Caliente a 90 C durante una hora ms despus de la adicin final de perxido, para eliminar la mayor parte de ste, sin llegar a sequedad. Transfiera la muestra a tubos de vidrio de centrfuga de 250 ml.7) Remocin de xidos de hierro. Agregue solucin amortiguadora de citrato-bicarbonato para hacer un volumen aproximado de 150 ml. Agite para dispersar las partculas del suelo. Agregue 3 g de ditionito de sodio (Na2S2O4) lentamente, y observar la reaccin en la muestra (presencia de abundante espuma). Despus, ponga la botella en bao mara a 80 C y agite la suspensin intermitentemente por 20. Saque la muestra del bao y adicione 10 ml de NaCl saturado, mezcle, centrifugue, y deseche el sobrenadante, si no se desea cuantificar Fe, Al, Mn, y Si. Si se tiene inters en determinar dichos elementos, guarde el sobrenadante en un matraz aforado de 500 ml. Si la muestra de suelo est completamente gris, pase a la siguiente etapa. Si persiste un color parduzco, repita la operacin. Lave la muestra una vez con 50 ml de solucin amortiguadora citrato-bicarbonato y agregue 20 ml de NaCl saturado, agite, centrifugue, y decante. Despus, lave la muestra dos veces con 50 ml de NaCl al 10%, y dos veces con agua destilada. Si la solucin lavada no es clara, transfiera la muestra a un tubo de centrfuga y centrifugue a alta velocidad. Si an continua turbio el sobrenadante, agregarle un poco de acetona, caliente en parrilla elctrica y recentrifugue. Adicione 150 ml de agua destilada, agite la muestra y mida el pH. Si el suelo est saturado con Na, el valor de pH debe estar cercano a 8. Transfiera la suspensin a una botella de centrfuga de 1 L, agite la botella, y adicione 400 ml de agua destilada y 10 ml de HMF (dispersante), tape y agite toda la noche en posicin horizontal.

8) Separacin de las fraccionesFraccin de arenas. Pase la suspensin anterior a travs de un tamiz de 8 con malla de 53 m de abertura (No. 270), que debe tener una base de plstico o una cpsula de porcelana para recoger el residuo. Lave las arenas que quedan sobre el tamiz con ayuda de chorros de agua destilada que se aplican vigorosamente. Antes de esta etapa, puede agregar una solucin jabonosa que ayudara al paso de la muestra por la malla. Una vez que las arenas han sido lavadas, se pasan a una cpsula de porcelana o de aluminio (tarada), a la que se le ha determinado su peso constante, se secan en estufa a 105 C, y se pesan.Transfiera las arenas secas a los tamices de 3 colocados en el siguiente orden: malla 1000, 500, 250, 106 y tape. Coloque los tamices en un agitador y agite durante unos 3. Pese cada una de las fracciones de arenas, el limo residual, arcilla u otro material que haya pasado a travs del tamiz de malla 270 (53 m). Las pesadas deben realizarse con una precisin de 0.01 g.Fraccin de limo. Las fracciones de 5 y 20 m son determinadas con la pipeta, usando la siguiente ecuacin (derivada de la ley de Stokes) para determinar el tiempo requerido en la suspensin para obtener las fracciones deseadas:t = 18 h/ [g (s w) X2]Tiempo requerido en la suspensin para obtener las fracciones de 20 y 5 m a una profundidad de 10 cm usando una solucin dispersante de 0.5 g/L HMF, cubriendo un rango de temperatura de 20 a 30C.

l = ( 1 + 0.630 Cs ). En donde l = densidad de la solucin a la temperatura t, g/ml; = densidad del agua a una temperatura t, g/ml; Cs = concentracin del HMF, g/ml, y = (1 + 4.25 Cs). En donde = viscosidad de la solucin a una temperatura t, = viscosidad del agua a una temperatura tLas ecuaciones anteriores se aplicaron con una solucin HMP en el rango de 0 a 50 g/L. Para anlisis con solucin HMF en el rango de 0 a 0.5 g/L, el error de 0.3 % en el tiempo de cada resulto cuando la densidad de la solucin se estimo ser de pura agua. Muchos estudios del tiempo de cada de las partculas se han llevado a cabo para el mtodo de pipeta (ejemplo: Day, 1965; Green, 1981) en donde se ha estimado que la solucin dispersante tiene la viscosidad del agua. Sin embargo, el error en el tiempo de cada es mayor de 2 % por no considerar la viscosidad del medio usando una solucin de HMP 5 g/L. La densidad del agua y la viscosidad en varias temperaturas son tomadas de Weast (1983). Nota que Weast (1983) reporto la viscosidad en centipoise. La densidad de las partculas debe conocerse con una precisin de 0.05 Mg/m3.El error en el tiempo de cada es ms del 2 % si la densidad de las partculas no se conoce con precisin.9) Determinacin de arcilla (< 2 m). Lleve el limo y la arcilla contenida en el recipiente de plstico o cpsula de porcelana a una probeta de 1 L. Agregue 10 ml de solucin dispersante HMF y lleve a la marca con agua destilada (cubra la probeta con un vidrio de reloj). Permita que la suspensin se equilibre durante varias horas. Posteriormente, agite vigorosamente la suspensin durante 1 min con un agitador manual. Registre y anote el tiempo (hora en su reloj) y la temperatura de la suspensin. Utilizando los tiempos de los cuadros 4 y 5, introduzca la pipeta lentamente a la profundidad indicada, gire la llave del vaco, y llene la pipeta en un tiempo aproximado de 12 seg. Es necesario controlar dicho tiempo. Descargue el contenido de la pipeta en una cpsula de porcelana o de aluminio de peso conocido. Lave la pipeta con agua destilada de una piceta, agregando dicho lavado a la cpsula. Evapore el exceso de agua y seque la arcilla a 105 C, enfre en un desecador y pese.Tiempo de cada de partculas de 2 m con diferentes grados de temperatura, calculados para una profundidad de 10 cm en agua destilada, 0.5 g/L y 5.0 g/L de soluciones dispersantes de HMF con partculas de una densidad igual a 2.60 Mg/m3V i s c o s i d a dTiempo de cada

TemperaturaAgua0.5 g/L5.0 g/LdestiladaHMFHMF10-3 Kg m-1 s-1Agua0.5 g/L5.0 g/LdestiladaHMFHMFh

C

182022242628301.05301.05531.07598.398.418.58

1.00201.00421.02387.998.008.16

0.95480.95690.97567.617.637.78

0.87050.91310.9317.267.287.42

0.83270.87240.88956.946.957.09

0.83270.83450.85086.646.656.78

0.79750.79920.81496.366.376.50

Profundidad requerida para obtener arcilla de 2 m, tomando en consideracin el tiempo y la temperatura, asumiendo una densidad de partculas de 2.60Mg/m3 y usando una solucin HMF 0.5 g/L

Profundidad de la muestra cm

TemperaturaC

2021222324Viscosidad 10-3kg m-1s-1

1.0042 0.98 0.9569 0.9345 0.91314 - 55.05.56.0

horas

5.65.85.966.2

6.26.46.56.76.9

6.977.27.47.6

7.57.77.98.18.2

25 0.89236.377.78.4

26 0.87246.57.27.98.6

27 0.85326.67.48.18.8

28 0.83456.87.58.39

29 0.81666.97.78.49.2

30 0.79927.17.88.69.4

Determinacin del peso del suelo residual al final del anlisis. Adicione 10 ml de MgCl2 1M y 1 ml de HCl 1M a la suspensin que permanece en la probeta de 1 L, con la finalidad de prevenir la formacin de CaCO3. Sifonear la solucin cuando se ha terminado la floculacin (el suelo est totalmente sedimentado en el fondo de la probeta, y la solucin est transparente) y descrtela. Transfiera el suelo de la probeta a una cpsula de porcelana, previamente tarada, ayudado con un poco de agua destilada. Evapore a sequedad a 105 C, y pese hasta peso constante. La diferencia entre el peso original y el peso encontrado en el cilindro son atribuidos a la prdida de material debida a los pre-tratamientos, prdida por solucin, prdida por tamizado, etc. El peso de la muestra tratada se utiliza como base para calcular las fracciones de las partculas.El peso total seco puede ser expresado como:Wt = Ws + Wp + Wr, donde: Wt = Peso total de la muestra tratadaWs = Peso seco a 105C de las arenasWp = Peso seco a 105C corregido de las muestras de suelo pipeteadas Wr = Peso seco a 105C corregido de limo y arcilla residual, yClculos. El Cuadro 4 muestra el uso del mtodo de pipeta para determinar el porcentaje del tamao de las fracciones usando una pipeta de 25 ml de capacidad.Cuadro 4.5.4. Ejemplo para calcular el porcentaje de tres fracciones usando una pipeta de 25 ml

Tamao dePeso ConcentracinConcentracinPorcentaje Partculas de la muestramm g ------------------- g/L -------------------%0.020 0.114 4.36 4,06 39.8

0.005 0.073 2.92 2.42 23.7

0.002 0.057 2.28 1.78 17.4

Concentracin del dispersante = 0.5 g/L Peso base seco a 105 C de la muestra tratada, Wt = 10.216. CALCULOS Y RESULTADOS1.- Tomamos la temperatura del ensayo para cualquier lectura del hidrmetro, entrar en la tabla para obtener el valor de K o sino lo hallamos con la siguiente frmula:K

2.- Hallamos la profundidad L: L = + ( /A) Esos valores los obtenemos del hidrmetro:

3.- Con los valores de K, L y el tiempo transcurrido t (hallada en cada lectura) obtenemos el valor de D segn la ecuacin: 4.- Utilizando el valor corregido de Rc de: Rc = Rd Cd + Ct

CORRECCION POR TEMPERATURA (Ct):Se debe corregir por temperatura con la siguiente Tabla. Note que en 20 C, la correccin es cero.

5.- Luego procedemos a calcular el porcentaje ms fino: 6.- Hallamos el hidrmetro corregido por menisco: R = Rd + Cm7.- Hacemos la correccin por gravedad especfica, para lo cual tomamos como dato del Gs igual a 2,68:

As obtenemos la siguiente tabla:

8.- Utilizando los datos hacemos una grfica de porcentaje ms fino contra tamao de partculas. Note que el porcentaje de finos es independiente de la cantidad de suelos utilizada de modo que este anlisis de hidrmetro se puede combinar con el anlisis mecnico.TAMIZABERTURAPESO RETENIDOPESO RETEN CORREGIDO% PARCIAL RETENIDO % ACUMULADO

RETENIDOQUE PASA

3"76,200000,00,0100,0

2"50,800000,00,0100,0

1 1/2"38,1001241244,94,995,1

1"25,4001711716,711,688,4

3/4"19,0001371375,416,983,1

1/2"12,50026326310,327,272,8

3/8"9,5001651656,533,766,3

1/4"6,3501731736,840,559,5

N 44,76046461,842,357,7

N 102,00026526510,452,747,3

N 200,8401921927,560,239,8

N 300,6001361365,365,634,4

N 400,42583833,268,831,2

N 600,3001021024,072,827,2

N 1000,150111295,277,922,2

N 2000,075131616,284,215,7

FONDO0,0002640315,8100,00,0

SUMATORIA100,0

Es preciso asegurarse de identificar los puntos obtenidos en el anlisis mecnico de los obtenidos en el anlisis hidromtrico.

TAMIZABERTURAPESO RETENIDOPESO RETEN CORREGIDO% PARCIAL RETENIDO % ACUMULADO

RETENIDOQUE PASA

3"76,200000,00,0100,0

2"50,800000,00,0100,0

1 1/2"38,1001241244,94,995,1

1"25,4001711716,711,688,4

3/4"19,0001371375,416,983,1

1/2"12,50026326310,327,272,8

3/8"9,5001651656,533,766,3

1/4"6,3501731736,840,559,5

N 44,76046461,842,357,7

N 102,00026526510,452,747,3

N 200,8401921927,560,239,8

N 300,6001361365,365,634,4

N 400,42583833,268,831,2

N 600,3001021024,072,827,2

N 1000,1501291295,177,922,1

N 2000,0751611616,384,215,8

FONDO0,00028740315,8100,00,0

SUMATORIA24342550100,0

Peso de la muestra seca (Wo)2550g

Peso de la muestra lavado2442g

Perdida por Lavado108g

Perdida por Tamizado7,74g

Porcentaje que Pasa el Tamiz N 100 (Ni)100%

Muestra para Hidrometro50g

Muestra secada despues del tamizado (Wf)6g

Porcentaje que pasa el tamiz N10027,2%

7. CONCLUSIONES El mtodo utilizado es muy propenso a cometer errores es por ello que se hace con la mayor eficacia y teniendo en cuenta los datos especificados en la tabla. Agente dispersante no satisfactorio o en cantidad insuficiente, siempre y cuando se vayan a ensayar suelos nuevos o no usuales, es necesario realizar tanteos para determinar el tipo y la cantidad de compuesto qumico que producir la dispersin y defloculacin ms efectivas. El secado al horno puede causar cambios permanentes en el tamao de las partculas.

8. RECOMENDACIONES: Se recomienda limpiar los instrumentos a cada momento para que la muestre no seque en ellos, en caso del hidrmetro si esta con aceites u otros lquidos esto puede causar un error malo en el menisco. Se recomienda sacar el hidrmetro de manera lenta para no perturbar el movimiento de las partculas. Se recomienda hacer secar el suelo de manera uniforme.

9. ANEXOS

FOTO N 01 vaciar el recipiente con la muestra sedimentada mesclada con NaPO3 al vaso para licuar.

FOTO N02 batiendo la muestra durante tres minutos.

FOTO N03 armando los tamices en orden de los de mayor dimetro arriba y los de menor abajo.

FOTO N04 ingresando el hidrmetro dentro de la probeta con agua y NaPO3 para la toma de datos, a esta probeta se le llama de control

FOTO N05 Echando la muestra batida en la probeta de 1000 ml procurando no perder material ni dejar restos en el vaso.

FOTO N07 ingresando el hidrmetro en la probeta con la muestra de suelo.

FOTO N06 como no se conto con tapa de caucho se uso la mano para tapar la boca de la probeta.

CUADRO N 01 Datos para la correccin por temperatura

CUADRO N 02 Datos para calcular L en funcin de R

CUADRO N 03Datos para calcular la constante K en funcin de temperatura y GS del suelo

CUADRO N 04Ejemplo de relleno de hoja de datos

CUADRO N 05Viscosidad del agua en funcin de la temperatura

MECANICA DE SUELOS IMECANICA DE SUELOS IMECANICA DE SUELOS IMECANICA DE SUELOS I