practica nº4 guia

LABORATORIO DE MECNICA DE SUELOS PRCTICA N4 ANLISIS GRANULOMTRICOMTODO DEL HIDROMETRO

A U X I L I A R : U N I V . S A M U E L A D A M S O S S A L A Y M E G R U P O B

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Practica N4

ANA LISIS GRANULOM TRICO M TODO DL HIDRO MTRO

4.1.- INTRODUCCION.-

4.1.1.- GENERALIDADES.-

El anlisis del hidrmetro es un mtodo utilizado ampliamente para obtener la distribucin

granulomtrica de suelos cuyas partculas varan entre 0.075-0.001 mm.

El principal objetivo del anlisis hidromtrico es obtener el porcentaje de arcilla, ya que la curva

granulomtrica cuando mas del 12% del material pasa a travs del tamiz N 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 ntimamente de la forma de dicha curva.

El anlisis hidromtrico, utiliza Ley de Stokes, la cual relacione la velocidad de cada de una esfera, con

el dimetro de la esfera, el peso especifico del fluido y de la esfera, y la viscosidad del fluido.

El rango de dimetros D para los cuales es valido este ensayo es de 0.0002mm D 0.2mm, dado que

los granos mayores cusan turbulencia en el fluido, y los granos menores estn sujetos a movimientos

tipo Browniano.

4.1.2.- DEFLOCULANTES.-

Este es un ensayo que depende de la sedimentacin de las partculas de suelo, estas por ser tan

finas al entrar en contacto con el agua forman grumos, esto se origina debido a las diferentes

cargas elctricas entre las partculas del mismo. Esta formacin de grumos no es conveniente al

momento de realizar el ensayo, ya que pueden causar grandes errores en el tamao de las

partculas. Para evitar lo expuesto anteriormente se utilizan los defloculantes, que son

compuestos qumicos que neutralizan las cargas elctricas y dispensan los que tienden a formar

entre si las partculas en suspensin.

Existen dos delfoculantes que se utilizan de manera genrica (tambin existen muchos otros

deloculantes), estos son el: silicato de sodio o vidrio liquido, hexametafosfato de sodio

El silicato de sodio se sodio forma una solucin alcalina (torna rozado el papel que se utiliza para

determinar la acidez), su utilizacin es recomendable en suelos cidos.

El hexametafosfato de sodio forma una solucin acida (torna azul el papel que se utiliza para determinar

la acidez), su utilizacin es recomendable en suelos alcalinos.

Se debe tener en cuenta que la mayora de las arcillas son alcalinas.



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4.1.3.- HIDRMETRO.-

Como se menciono anteriormente, la velocidad de la cada de una partcula depende del dimetro y de

la gravedad especfica del solido y fluido. La gravedad especifica del agua y de solido son datos de

ensayos anteriores a este, el dimetro es la incgnita que queremos hallar, ahora el problema se centra

en hallar la velocidad de cada; para esto utilizamos un aparato llamado hidrmetro.

Donde:

r = L/t (cm/s)

L = L1+0.5*(L2-Vb/Agrad)

L1 = 10.5cm para R=0

L1=2.3cm para R=50

L2=14cm

Vb=67.0cc

Agrad=27.8cc para 1000ml probeta graduada (no la probeta del hidrmetro)

Ro=Lectura real

R=Ro corregido

4.1.4.- CORRECCIONES.-

CORRECCIN POR MENISCO (Cm)

Los hidrmetros estn calibrados para hacer las lecturas al nivel libre del lquido. Al formarse el

menisco alrededor del vstago, la lectura correcta no puede hacerse, ya que las suspensiones de

agua suelo no son transparentes, por lo que es necesario leer donde termina el menisco, y

corregir la lectura sumando su altura.



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CORRECCIN POR DEFLOCULANTE (Cd)

Al agregar un agente defloculante a la suspensin, se aumenta la densidad de sta, por lo que

debe hacerse una nueva correccin (Cd), que depende de la cantidad de defloculante.

Para determinar el valor de Cd, el procedimiento es tal como se expone:

Tomar una probeta graduada de 1000 cm y preparar el agente defloculante, colocando 40 g de

hexametafosfato de sodio en 1000 cm de agua destilada o 4 ml de silicato de sodio, y anotar

esta lectura.

CORRECCIN POR TEMPERATURA (Ct)

El valor de la correccin por temperatura (Ct), que toma en cuenta los cambios volumtricos

del bulbo del hidrmetro a la temperatura de ejecucin del ensayo, con relacin a la

temperatura de calibracin del hidrmetro ( 20 C ) , se obtiene con la ecuacin :

Ct = - 4.85 + 0.25 T

Donde:

Ct = Correccin por temperatura de la lectura efectuada (este valor puede ser positivo o

negativo).

T = Temperatura a la cual se realiza el ensayo (T C); para valores de

TC variable entre 15C a 28C.

4.2.- OBJETIVO GENERAL.- Determinar la distribucin granulomtrica para suelos con una considerable cantidad de finos, es decir

que pasan el tamiz N 200, aplicando el mtodo del hidrmetro.

4.3.- PROCEDIMIENTO Y MATERIAL UTILIZADO.-

4.3.1.- MATERIAL.-

Hidrmetro calibrado

Dos probetas de 1000 ml de volumen

Termmetro

Balanza

Cronometro

Mezclador mecnico

Taras o recipientes

Vaso de precipitados

Horno de secado

Agente defloculante hexametafosfato de sodio o silicato de sodio

Agua destilada

Esptula



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4.3.2.- MUESTRA.-

Para suelos finos se recomienda una muestra de 50g o 60g como mximo. Para suelos gruesos se

recomienda de 60g a 100g como maximo. El hidrmetro esta diseado originalmente para una muestra

4.3.3.- DETERMINACION DE LA DISTRIBUCION GRANULOMETRICA.-

Determinar y registrar el valor de la correccin por menisco.

Determinar y registrar el valor de la correccin por defloculante.

Tomar la probeta graduada de 1000 cm (probeta de control) y poner 875 cm3 de agua

destilada, luego sumergir el hidrmetro en la probeta.

Pesar una cantidad de suelo hmedo que contenga, aproximadamente, 50 g de partculas

slidas.

Tomar de 3 a 5 ml de silicato de sodio, (la cantidad depende de la dispersividad de la arcilla),

disolverlos en agua, y mezclarlos con la muestra, dejar reposar por 16 horas.

Con la esptula mezclar completamente el suelo preparado en el paso anterior y vaciar todo el

mezclado al interior del vaso de vidrio.

Aadir agua destilada al vaso hasta llenar las 2/3 partes de su volumen y mezclar la suspensin

con el mezclador mecnico durante 2 minutos.

Transferir el contenido del vaso a la segunda probeta (probeta de ensayo), teniendo mucho

cuidado de no perder material en el proceso. Aadir agua destilada hasta completar la marca de

1000 cm en la probeta.

Con la mano obturar la boca de la probeta y agitar vigorosamente durante 1 minuto (20 veces),

haciendo girar 180 en un plano vertical.

Colocar cuidadosa, pero rpidamente la probeta en la mesa de trabajo, poner en marcha el

cronmetro y, poco a poco, sumergir el hidrmetro hasta que comience a flotar. Dejar durante 2

minutos, tomando lecturas a los 15, 30, 60 y 120 segundos. Registrar estas lecturas en el

formulario.

Retirar el hidrmetro de la probeta de ensayo y sumergir en la probeta de control, la cual estar

junto a la primera de modo que el hidrmetro se encuentre a la misma temperatura que la

suspensin en la probeta continua.

Determinar y registrar la temperatura de la suspensin.

Repetir los pasos anteriores hasta obtener un juego consistente de lecturas para los dos

primeros minutos del proceso de decantacin.

Registrar las lecturas para tres repeticiones.

Reiniciar el ensayo como se indica en los pasos anteriores, pero sumergido el hidrmetro para

realizar las lecturas de 2, 4, 8, 15 y 30 minutos, y a la 1, 2, 4, 8, 24, 48, 72, y 96 horas. El

hidrmetro se introduce en la suspensin, aproximadamente 20 segundos antes de hacer Cada

una de las lecturas. Se registra la temperatura de esta despus de cada operacin. El hidrmetro

debe permanecer en la probeta de control mientras no se realicen lecturas.

Despus de la ltima lectura, agitar vigorosamente la probeta para poner nuevamente los

Sedimentos en suspensin. Transferir la suspensin al plato de 1800 cm de volumen y secar la

muestra en el horno.



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Equipo utilizado

Defloculante silicato de sodio Muestra con defloculante (izq) Muestra sin defloculante (der)



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Lecturas de las diferentes correcciones Vaciado de la muestra mezclada

Mezclado de la muestra



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4.4.- CALCULOS.-

4.4.1.- Dimetro.-

Este anlisis utiliza a ley de Stokes.

Donde:

v = Velocidad, (cm/s).

s = Peso unitario de las partculas slidas, (g/cm)

w = Peso unitario del agua, (g/cm).

= Viscosidad del agua, (g. s/cm)

D = Dimetro de las partculas slidas (cm).

Si (L) represente la distancia de cada de las partculas (profundidad efectiva) en un perodo de tiempo

(t) dado. La velocidad (v) se puede definir como la distancia L dividida para el tiempo t; y el dimetro

de las partculas slidas se puede determinar por:

[

]

Donde:

Los valores de L y A podemos obtenerlos de las tablas que se muestran al final de esta seccin, para

hallar el valor de L (profundidad efectiva), ingresar a la tabla que se muestra al final con el valor de

correccin por menisco Rcm



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4.4.2. Porcentaje que pasa.-

Donde Rc = Lectura corregida del hidrmetro

Note que si Gs=1, entonces a=1

4.4.1.- Correcciones.-

Ya se explico en la seccin anterior los diferentes tipos de correcciones, en esta seccin se explicara

como utilizaras, tener en cuenta que R es la lectura real del hidrmetro (la registrada en el ensayo):

Para la correccin por menisco tenemos:

Para la lectura corregida del hidrmetro aplicar la siguiente ecuacin:

4.4.3. Grficos.-

Realizar los grficos en una planilla de Excel, y el papel semi-log a mano, utilizando reglas curva

o cerchas

4.4.1.- Tablas.- Tabla 1 peso unitario y viscosidad del agua en funcin a la temperatura Tabla 2 Valores para el factor de correccin a



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Tabla 3 Valores par el factor de correccin A

Tabla 4 Valores de la profundidad efectiva L



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4.5.- CUESTIONARIO.- Por qu ponemos defloculante a la muestra? Qu tiempo deber dejarse la muestra

en saturacin con el defloculante?

Averige que tipos de defloculantes existen aparte de los mencionados, y en qu caso

se utiliza cada uno de ellos?

De qu depende la cantidad de defloculante a emplearse?

Averige que es el anlisis granulomtrico por sifonado?

Averige sobre el ensayo de doble hidrmetro y triple hidrmetro aplicado para el

calculo de la dispersividad de las arcillas

Que pasos recomendara ed. para que la muestra no contenga materia orgnica?

Qu enuncia la ley de Stokes?

Investigue que son las arcillas alcalinas y acidas a detalle.

Realice ajuste lneal en una planilla d Excel para la tabla 4.

Verifique en una planilla de Excel la veracidad de las tablas 2 y 3



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