ANALISIS GRANULOMÉTRICO – MÉTODO DÉL

HIDROMÉTRO

INTRODUCCION

GENERALIDADES.-

El análisis del hidrómetro es un método utilizado ampliamente para obtener la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas varían entre 0.075-0.001 mm.

El principal objetivo del análisis hidrométrico es obtener el porcentaje de arcilla, ya que la curva 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 íntimamente de la forma de dicha curva.

El análisis hidrométrico, utiliza “Ley de Stokes”, la cual relacione la velocidad de caída de una esfera, con el diámetro de la esfera, el peso específico del fluido y de la esfera, y la viscosidad del fluido.

El rango de diámetros “D” para los cuales es válido este ensayo es de 0.0002mm≤ D ≤0.2mm, dado que los granos mayores cusan turbulencia en el fluido, y los granos menores están sujetos a movimientos tipo Browniano.

DEFLOCULANTES.-

Este es un ensayo que depende de la sedimentación de las partículas de suelo, estas por ser tan finas al entrar en contacto con el agua forman grumos, esto se origina debido a las diferentes cargas eléctricas entre las partículas del mismo. Esta formación de grumos no es conveniente al momento de realizar el ensayo, ya que pueden causar grandes errores en el tamaño de las partículas. Para evitar lo expuesto anteriormente se utilizan los de floculantes, que son compuestos químicos que neutralizan las cargas eléctricas y dispensan los que tienden a formar entre si las partículas en suspensión.

Existen dos delfoculantes que se utilizan de manera genérica (también existen muchos otros deloculantes), estos son el: “silicato de sodio o vidrio liquido”, “hexametafosfato de sodio”

El silicato de sodio se sodio forma una solución alcalina (torna rozado el papel que se utiliza para determinar la acidez), su utilización es recomendable en suelos ácidos.

El hexametafosfato de sodio forma una solución acida (torna azul el papel que se utiliza para determinar la acidez), su utilización es recomendable en suelos alcalinos.

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

HIDRÓMETRO

Como se mencionó anteriormente, la velocidad de la caída de una partícula depende del diámetro y de la gravedad específica del sólido y fluido. La gravedad especifica del agua y de solido son datos de ensayos anteriores a este, el diámetro es la incógnita que queremos hallar, ahora el problema se centra en hallar la velocidad de caída; para esto utilizamos un aparato llamado hidrómetro.

Dónde:

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 hidrómetro)

Ro=Lectura real

R=Ro corregido

CORRECCIONES

CORRECCIÓN POR MENISCO (Cm)

Los hidrómetros están calibrados para hacer las lecturas al nivel libre del líquido. Al formarse el menisco alrededor del vástago, 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.

CORRECCIÓN POR DEFLOCULANTE (Cd)

Al agregar un agente defloculante a la suspensión, se aumenta la densidad de ésta, por lo que debe hacerse una nueva corrección (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 cm³ y preparar el agente defloculante, colocando 40 g de

hexametafosfato de sodio en 1000 cm³ de agua destilada o 4 ml de silicato de sodio, y anotar esta lectura.

CORRECCIÓN POR TEMPERATURA (Ct)

El valor de la corrección por temperatura (Ct), que toma en cuenta los cambios volumétricos del bulbo del hidrómetro a la temperatura de ejecución del ensayo, con relación a la temperatura de calibración del hidrómetro ( 20 °C ) , se obtiene con la ecuación :

Donde:

Ct = Corrección 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

T°C variable entre 15°C a 28°C.

OBJETIVO GENERAL

Determinar la distribución granulométrica para suelos con una considerable cantidad de finos, es decir que pasan el tamiz Nº 200, aplicando el método del hidrómetro.

PROCEDIMIENTO Y MATERIAL UTILIZADO.-

MATERIAL

Hidrómetro calibrado

Dos probetas de 1000 ml de volumen

Termómetro

Balanza

Cronometro

Mezclador mecánico

Taras o recipientes

Vaso de precipitados

Horno de secado

Agente defloculante hexametafosfato de sodio o silicato de sodio

Agua destilada

Espátula

MUESTRA

Para suelos finos se recomienda una muestra de 50g o 60g como máximo. Para suelos gruesos se recomienda de 60g a 100g como máximo. El hidrómetro está diseñado originalmente para una muestra

PROCEDIMIENTO

a) Determinar y registrar el valor de la corrección por menisco.

b) Determinar y registrar el valor de la corrección por defloculante.

c) Tomar la probeta graduada de 1000 cm³ (probeta de control) y poner 875 cm3 de agua destilada, luego sumergir el hidrómetro en la probeta.

d) Pesar una cantidad de suelo húmedo que contenga, aproximadamente, 50 g de partículas sólidas.

e) 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.

f) Con la espátula mezclar completamente el suelo preparado en el paso anterior y vaciar todo el mezclado al interior del vaso de vidrio.

g) Añadir agua destilada al vaso hasta llenar las 2/3 partes de su volumen y mezclar la suspensión con el mezclador mecánico durante 2 minutos.

h) Transferir el contenido del vaso a la segunda probeta (probeta de ensayo), teniendo mucho cuidado de no perder material en el proceso. Añadir agua destilada hasta completar la marca de 1000 cm³ en la probeta.

i) Con la mano obturar la boca de la probeta y agitar vigorosamente durante 1 minuto (20 veces), haciendo girar 180° en un plano vertical.

j) Colocar cuidadosa, pero rápidamente la probeta en la mesa de trabajo, poner en marcha el cronómetro y, poco a poco, sumergir el hidrómetro 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.

k) Retirar el hidrómetro de la probeta de ensayo y sumergir en la probeta de control, la cual estará junto a la primera de modo que el hidrómetro se encuentre a la misma temperatura que la suspensión en la probeta continua.

l) Determinar y registrar la temperatura de la suspensión.

m) Repetir los pasos anteriores hasta obtener un juego consistente de lecturas para los dos primeros minutos del proceso de decantación.

n) Registrar las lecturas para tres repeticiones.

o) Reiniciar el ensayo como se indica en los pasos anteriores, pero sumergido el hidrómetro 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 hidrómetro se introduce en la suspensión, aproximadamente 20 segundos antes de hacer Cada una de las lecturas. Se registra la temperatura de esta después de cada operación. El hidrómetro debe permanecer en la probeta de control mientras no se realicen lecturas.

p) Después de la última lectura, agitar vigorosamente la probeta para poner nuevamente los Sedimentos en suspensión. Transferir la suspensión al plato de 1800 cm³ de volumen y secar la muestra en el horno.

EQUIPO UTILIZADO

DEFLOCULANTE SILICATO DE SODIO

MUESTRA CON DEFLOCULANTE (IZQ), MUESTRA SIN DEFLOCULANTE (DER)

LECTURAS DE LAS DIFERENTES CORRECCIONES

VACIADO DE LA MUESTRA MEZCLADA

MEZCLADO DE LA MUESTRA

EJEMPLO 1

DATOS:

%Pasa 200: 7.15%

Mss Pasa 200 (g): 1110(075); 832.5g

Mss: 50g

Hidrómetro: 152H

Corrección por menisco: +0.5 (este valor se hace para el menisco creado por el defloculante)

Gs: 2.70 (Valor escogido dentro de un rango 2.6 a 2.9)

Valor (a): 0.99

Para el cálculo de los datos que se necesitan como; lectura corregida (Rc), diámetro de las partículas en (mm)m, el % que pasa, y lecturas como tiempos, corrección por ceros y lectura en el hidrómetro.

1. Rc (lectura corregida): Ra + Ct - corrección de ceros2. % que pasa: Rc*a

Mss3. D(mm): k*(L/t)½4. N%: 7.15 – 100

X % que pasa (h)

Dónde:

Ra: lectura real en el hidrómetro

a: constante dependiente del Gs

L: longitud efectiva

T: tiempo (mm)

N%: ajuste del porcentaje que pasa real de finos

TABLA DE DATOS RESPECTIVOS AL ENSAYO DE HIDRÓMETRO PARA PARTÍCULAS FINAS.

TiempoTiempo (min.)

lectura real(Ra) T (ºc) C.ceros

C.por temp.(Ct)

lectura corregida(Rc)

L.C menisco

R) Long.efectiva(cm.) K(tabla) D(mm)%

pasa(h)ajuste(%pasa)real-

finos

1 min. 1 47 25,00 0,50 1,30 47,8 47,5 8,5 0,01267 0,037 94,64 6,76

2min 2 46 25,00 0,50 1,30 46,8 46,5 8,7 0,01267 0,026 92,66 6,62

4min 4 44 25,00 0,50 1,30 44,8 44,5 9 0,01267 0,019 88,7 6,34

8min 8 43 25,00 0,50 1,30 43,8 43,5 9,15 0,01267 0,013 86,72 6,2

15min 15 42 25,00 0,40 1,30 42,9 42,5 9,3 0,01267 0,009 84,94 6,07

30min 30 41 25,50 0,40 1,48 42,075 41,5 9,5 0,0126 0,007 83,3 5,95

1hora 60 40 25,50 0,40 1,48 41,075 40,5 9,65 0,0126 0,005 81,3 5,81

2horas 120 38 26,00 0,40 1,65 39,25 38,5 10 0,01253 0,0036 77,71 5,55

4horas 240 37 25,50 0,40 1,48 38,075 37,5 10,15 0,0126 0,003 75,38 5,38

8horas 480 36,5 25,50 0,40 1,48 37,675 37 10,2 0,0126 0,002 74,59 5,33

16horas 960 35,25 25,00 0,40 1,30 36,15 35,75 10,45 0,01267 0,0013 71,57 5,11

24horas 1440 34 24,50 0,00 1,15 35,15 34,5 10,65 0,01274 0,001 69,59 4,97

Ensayo comenzado de dos muestras primeros 8min

Material que pasa n° 200

EJEMPLO 2

Datos que se obtienen:

CORRECCION POR TEMPERATURA (Ct):

Se debe corregir por temperatura con la siguiente tabla. Note que en 20°C, la corrección es cero.

Lectura del hidrómetro corregido (Rc)

Rc= Rd – Cd+Ct

Donde:

Rc = lectura del hidrómetro corregido

Rd = lectura del hidrómetro

Cd = lectura del hidrómetro en agua más defloculante

Ct = Corrección por temperatura

Porcentaje más fino P(%)

Rc = lectura del hidrómetro corregidoa=Gs(1.65)

(Gs−1 )2.65

a = corrección por gravedad especifica

Ws = peso seco de la muestra P(% )=Rc∗a∗100Ws

Gs = peso específico de solidos

Lectura del hidrómetro corregido solo por menisco (R) :

R = lectura del hidrómetro corregido por menisco.

Rd = lectura del hidrómetro

Cm = lectura del hidrómetro en agua.

R=Rd+Cm

Calculo de longitud de hidrómetro (L)

En función del valor de R, se puede calcular el valor de L (cm) con la siguiente tabla:

El valor de k puede hallarse de la siguiente tabla en función de la temperatura y el peso específico de sólidos.

Ahora ya podemos hallar el diámetro:

D=k √L/ t

Grafica de P(%) vs diámetro (mm) la cual vendría ser la curva granulométrica del materia que pasa por la malla N° 200.

EJEMPLO 3

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

PESO UNITARIO Y VISCOSIDAD DEL AGUA EN FUNCIÓN A LA TEMPERATURA

VALORRES PARA EL FACTOR DE CORRECCION “A”

VALORES POR EL FATOR DE CORRECCION A

VALORES DE LA PROFUNDIDAD EFECTIVA