ASIGNATURA:

Mecánica de suelos.

GRANULOMETRIA POR SEDIMENTACIÓN

PRESENTA:

Jose Andrade Cerquera

Diego Alejandro Carrillo Moncayo

Gina Alexandra Vega

Juliana Cabrera Hincapié

DOCENTE.

Ing. Manolo Galván Ceballos, Ph.D.

Cali, Colombia. Abril de 2016.

INTRODUCCIÓN

En el siguiente informe con el objetivo de ampliar nuestro conocimiento acerca del suelo y las numerosas propiedades que este posee, en esta práctica basada en el principio de sedimentación del suelo en agua, se describirán los métodos o procedimientos realizados en la práctica de laboratorio para analizar mediante ciertas mediciones realizadas con determinados instrumentos como el suelo se asienta en la disolución de Hexametafosfato de sodio a diferentes velocidades a medida que transcurre el tiempo.1

OBJETIVOS

Objetivo general.

Determinar el porcentaje de suelo más fino dentro de una distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable de partículas inferiores a las que pasan por el tamiz número 200.

Objetivos Específicos.

- Apropiarse del uso de los instrumentos nuevos para nosotros en el avance de la asignatura como lo es el hidrómetro y su utilidad.

- Analizar el asentamiento del suelo en la disolución del Hexametafosfato de sodio a medida que avanza el tiempo y su relación con la velocidad en que ocurre esto.

- Aplicar algunos temas vistos en la clase para un mejor desempeño y rendimiento en el laboratorio.2

1 NORMA I.N.V. E – 124 – 072 Ibíd.

EQUIPOS Y MATERIALES.

- Probetas: La probeta o cilindro de sedimentación es un instrumento de vidrio de base circular graduado que se utiliza para medir volúmenes de manera aproximada. 3

- Instrumento de agitación: Es un dispositivo de acero inoxidable el cual se compone de un agitador adecuado bajo un motor eléctrico de accionamiento mecánico y una tasa de dispersión.

- Hidrómetro: es una varilla flotadora hueca con un lastre en la parte inferior graduada para la determinación de la densidad de líquidos.4

- Termómetro: Instrumento de vidrio con una columna de mercurio que se utiliza para medir temperatura en grados Celsius.5

- Cronometro: Instrumento de gran utilidad para la medición del tiempo.- Balanza: Instrumento de laboratorio que se usa para medir la masa de un

cuerpo, en este caso la balanza posee una precisión de 0,01g.6

- Hexametafosfato de Sodio: Sustancia defloculante que separa las partículas del suelo.

- Agua Destilada: Se emplea para dar para dar un enjuague final al material de vidrio después de lavado y también se utiliza en la preparación de disoluciones.

ABREVIATURAS.

Min: Minutos H: Distancia desde el cuello hasta la punta inferior del bulbo

g: Gramos A: Área del cilindro graduado

°c: Grados centígrados T: Tiempo

Pa.s: g/cm3 ϒ: Gravedad especifica del agente en suspensión

cm: Centímetros t’: Lectura del hidrómetro en agua con defloculante

Mm: Milímetros Cm: Corrección por menisco

Ws: Masa seca Ct: Corrección por temperatura

3 WIKIPEDIA. Probeta. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Probeta_(qu%C3%ADmica). Citado el 2 de Abril de 2016.4 WIKIPEDIA. Hidrómetro. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Dens%C3%ADmetro. Citado el 2 de Abril de 2016.5 WIKIPEDIA. Termómetro. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro. Citado el 2 de Abril de 2016.6 WIKIPEDIA. Balanza. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Balanza. Citado el 2 de Abril de 2016.

α: Factor de corrección por gravedad específica

Η: Coeficiente de viscosidad del agua

Gs: Gravedad específica ϒw: Gravedad especifica del agua

D: Diámetro máximo del grano Cd: Corrección por defloculante

η: Coeficiente de viscosidad R: Lectura del hidrómetro corregidas por menisco

L: Profundidad efectiva R’: Lectura del hidrómetro sin corregir

HR: Distancia desde el cuello hasta la marca en el hidrómetro

Tabla No 1: Abreviaturas

PROCEDIMIENTO PARA EL ENSAYO.

Partiendo de la norma INV E-124-07, se seleccionan 50 gr de la muestra que pasó por el tamiz no. 200 (24 horas antes del ensayo), el material debe dejarse en remojo en 125ml de Hexametafosfato de sodio el cual sirve para inhabilitar las cargas positivas y negativas del suelo provocando que estas se separen de los granos de arenas. Este efecto permite medir de manera más sencilla las partículas que posee el suelo.

Imagen 1. Muestra de suelo antes de remojarse en Hexametafosfato de sodio.

Después de transcurridas las 24 horas se homogeneiza la muestra con ayuda de una espátula y se desarman los grumos que se encuentren en el material con el Hexametafosfato de sodio. Después se vierte el material en un vaso metálico (el que ira después a la mezcladora) y con ayuda del agua destilada se enjuaga lo que quede para no perder material.

Con la mezcladora se procede a mezclar la muestra durante 10 minutos para lograr una homogeneización mayor.

Mientras transcurre el proceso de mezclado, se toman dos probetas de 1000ml cada una, en una se colocan 125ml de Hexametafosfato de sodio y 875ml de agua destilada. Una vez el proceso de mezclado haya finalizado se procede a verter el material totalmente homogéneo en la probeta vacía y esta se llena hasta los 1000ml con agua destilada(es importante que no quede material en el mezclador por lo cual se utiliza agua destilada para este propósito).

Después se realiza la medición temperatura con el termómetro de la probeta con Hexametafosfato de sodio y agua destilada. Luego se introduce el hidrómetro en la probeta con el material y se toma la medida del hidrómetro cuando este se encuentre estable en la superficie y dentro del fluido. Una vez registrada la medida se retira el hidrómetro de esta probeta y se sumerge en la probeta con Hexametafosfato de sodio y agua destilada. Este proceso se repite para tiempos de 0.25, 0.5, 1, 2, 5, 8, 15, 30, 60, 120, 240, 480 y 1440 minutos.

Es importante tener en cuenta que se deben hacer 3 correcciones en este ensayo: por temperatura, por menisco y por agente dispersante.

CÁLCULOS Y ANALISIS DE RESULTADOS.

DATOS: Referencia con hidrómetro 152 H

L (Mm) 80,950H (Mm) 140,000VB (Mm³) 67000,000A (Mm²) 2780,000HR (Mm) 23,000Masa Ws (G) 42,500Cm (G/Litro) 1,000T' 4,000Gs 2,9578Α 1,025Densidad a 25°C (g/cm3) 0,997Densidad a 24°C (g/cm3) 0,997Densidad a 20°C (g/cm3) 0,998Corrección por Temperatura 25°C 1,700

Corrección por Temperatura 24°C 1,300

Tabla No. 2: Cálculo y análisis de resultados

Inicialmente dependiendo del hidrómetro usado se determina la profundidad efectiva de acuerdo a la siguiente ecuación:

L=H R+12 (h−(V B

A ))Para el hidrómetro 152 H (utilizado en esta práctica):

H R=23mm

H=140mm

Posteriormente se realizan las correcciones por defloculante y menisco

Cd=t '+Cm±Ct

Para el hidrómetro tipo 152 H la corrección por menisco es de 1,0 g/litro

Y después se corrige la lectura del hidrómetro

R=R '±Cm

La corrección por temperatura para el hidrómetro 152 H a 24°c y 25°c es de 1.3 y 1.7 respectivamente.

La corrección por menisco según la norma para el hidrómetro 152 H es de 1g/litro.

Después de realizar las correcciones respectivas se pueden realizar los cálculos de determinación del diámetro de las partículas, y porcentaje más fino:

Diametro=D=√¿¿

Cabe decir que el cálculo de porcentaje más fino se realiza teniendo en cuenta que estamos utilizando un hidrómetro 152 H:

%mas fino=Rcorregida x α

W sx100

Ahora la tabla de cálculos:

horatiempo

transcurrido (min)

lectura hidrómet

ro R' (g/litro)

temperatura (°C)

Corrección por

menisco R (g/litro)

corrección por

defloculante y punto cero (mm)

Coef.viscosidad del agua (Pa.s)

diámetro

máximo D

(mm)

% más fino

12:06 0,00 40,00 25,00 41,00 46,70 8,91E-03 - -

12:08 2,00 35,00 25,00 36,00 41,70 8,91E-03 8,60E-02 64,81

12:11 5,00 34,00 25,00 35,00 40,70 8,91E-03 5,46E-02 62,96

12:21 15,00 33,00 25,00 34,00 39,70 8,91E-03 3,18E-02 61,11

12:36 30,00 32,00 25,00 33,00 38,70 8,91E-03 2,27E-02 59,25

14:06 60,00 30,00 25,00 31,00 36,70 8,91E-03 1,62E-02 55,55

12:06 1440,00 25,00 24,00 26,00 31,30 9,12E-03 3,86E-03 46,29

Tabla No. 3: Datos y Cálculos realizados

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.10

102030405060708090

100

Granulometría por sedimentación

Diametro de la partícula(mm)

% p

asa

Gráfica No. 1: Granulometría por sedimentación

CONCLUSIÓN:

Utilizamos la capacidad del hexametafosfato de sodio para separar las partículas de suelo fino las cuales son limo y arcilla y así permitir realizar las correspondientes mediciones y cálculos para calcular el diámetro de las partículas.

Las posibles pérdidas de material al pasarlo del vaso metálico a la probeta afectan los resultados obtenidos en la práctica lo que puede variar la clasificación realizada.

Aprendimos que para las partículas más pequeñas que pasan del tamiz número 200 se realiza este proceso y así se pueden determinar cálculos con partículas más pequeñas.

Efectivamente el mejor método para clasificar las partículas por sus tamaños (desde las más gruesas a las más finas) es el tamizado ya que cada tamiz suele denominarse por números que se refieren a escalas establecidas pero nos enfrentamos a un problema cuando las partículas pasan del tamiz no. 200 ya que ahí necesitamos otro método el cual aprendimos en esta práctica.

RECOMENDACIONES

Se recomienda tener una buena agitación de la probeta cada vez que se registre una lectura, para colocar de nuevo los sedimentos en suspensión.

Una cantidad excesiva de sólidos en suspensión interfiere en el proceso de sedimentación.

Se debe tener en cuenta que la falta de cuidado en la inserción del hidrómetro en la probeta puede generar turbulencias en la suspensión de las partículas finas.

El hidrómetro es un instrumento muy frágil y debe ser tratado como tal, apretarlo fuerte y dejarlo caer ligeramente sobre una superficie dura puede dañarlo por lo cual se debe tener cuidado al manejarse.

Es recomendable tomar las mediciones en el tiempo indicado aunque si no es posible se debe registrar el tiempo en el que fue tomado y realizar los cálculos con ese tiempo.

BIBLIOGRAFÍA:

1. NORMA I.N.V. E – 124 – 072. WIKIPEDIA. Probeta. [EN línea]. Disponible en:

https://es.wikipedia.org/wiki/Probeta_(qu%C3%ADmica). Citado el 2 de Abril de 2016.

3. WIKIPEDIA. Hidrómetro. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Dens%C3%ADmetro. Citado el 2 de Abril de 2016.

4. WIKIPEDIA. Termómetro. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Term%C3%B3metro. Citado el 2 de Abril de 2016.

5. WIKIPEDIA. Balanza. [EN línea]. Disponible en: https://es.wikipedia.org/wiki/Balanza. Citado el 2 de Abril de 2016.

6. UNIVERSIDAD JUAN MIGUEL SARACHO. Calibración de picnómetros. EN línea]. Disponible en: http://www.yobiplus.com/fondoadaptacion/archivos/CORDOBA/suelos%20catolica/geologia%20y%20suelos/INFORMES_DE_MecSuelos.pdf. Citado el 2 de Abril de 2016.

7. ESCOBAR ZULUAGA, Andrés José. Ensayo de granulometría por hidrómetro. EN línea]. Disponible en:

http://suelosyestudio.blogspot.com.co/2010/06/ensayo-de-granulometria-por-hidrometro.html. Citado el 2 de Abril de 2016.