Laboratorio de Fundamento de Materiales Cerámicos
2009 - II
PRACTICA N°9 ANÁLISIS GRANULOMETRICO MÉTODO DEL HIDRÓMETRO I. Objetivo: Familiarizar Familiarizar al estudiante con un método para obtener aproximadamente la distribución granulométrica de suelos en los cuales existe una cantidad apreciable de partículas inferiores al tamiz N° 200.
II. II. Fu Fund ndam amen ento to Te Teór órico ico:: El métod método o mas mas usado usado para para hace hacerr la deter determi mina naci ción ón indi indire recta cta de porce porcenta ntaje jess de part partíc ícul ulas as que que pasa pasan n el tami tamizz No. No. 200 200 (0.0 (0.075 75 mm.) mm.),, hast hasta a 0.00 0.001 1 mm, mm, es el HIDRÓMETRO basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido, el hidrómetro sirve para la determinación de la variación de la densidad de la suspe suspens nsió ión n con con el trans transcur curso so del del tiemp tiempo o y medir medir la altura altura de caída caída del gramo gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media. El análisis del hidrómetro se utiliza la relación entre la velocidad de caída entre las esferas de un fluido, el diámetro de la esfera, el peso especifico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad del fluido, en la forma expresada por la ley de Stokes. Al mezclar una cantidad de suelo con agua y un pequeño porcentaje de un agente dispersante para formar una solución de 1000 ml se obtiene una solución con una gravedad especifica ligeramente mayor que 1.0 a 4 grados centígrados. El agente dispersante o de floculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las part partíc ícul ulas as más más pequ pequeñ eñas as del del suel suelo, o, que que a menu menudo do tien tienen en carg carga a nega negatitiva va.. El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión AGUA -SUELO en el cent centro ro del del bulb bulbo. o. Toda Todass las las part partícu ícula lass de mayo mayorr tama tamaño ño que que aque aquellllas as que que se encuentran aun en suspensión en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro del bulbo y la superficie del agua), abran caído por debajo de la profundidad del centro de volumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especifica de la suspensión en el centro del volumen del hidrómetro. Además es obvio que como el hidrómetro hidrómetro tiene un peso constante a medida que disminuye la gravedad especifica de la suspensión aumenta la distancia L. Es preciso recordar también, que la gravedad especifica del agua varia con la temperatura, esto ocasiona un hundimiento mayor del hidrómetro dentro de la suspensión. Para preparar una respectiva muestra debemos meter a una batidora la muestra con una cantidad de agua. El principal objetivo del análisi análisiss del hidrómetr hidrómetro o es obtener obtener el porcenta porcentaje je de arcilla arcilla (porcenta (porcentaje je más fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribución granulométrica cuando más del 12% del material pasa a través del tamiz No.200 no se utiliza como criterio dentro de ningún sistema de clasificación de suelos y no existe ningún tipo de conducta particular del material que dependa intrínsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la frac fracci ción ón de suel suelo o cohe cohesi sivo vo del del suel suelo o dado dado depe depend nde e prin princi cipa palm lmen ente te del del tipo tipo y porcentaje de arcilla de suelo presente, de su historia geológica y del contenido de humedad más que de la distribución misma de los tamaños de partícula. El análisis del hidrómetro utiliza la relación entre la velocidad de caída de esferas en un fluido, el diámetro de las esferas, el peso específico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosida viscosidad d del fluido, fluido, en la forma forma expresa expresada da por el físico físico Ingles Ingles G. G. Stokes Stokes en la ecuación conocida como la ley de Stokes: El rango de los diámetros de partículas de suelo para los cuales esta ecuación es válida, es aproximadamente: 0.0002 =< D =< 0.2 mm Pues los granos mayores causan excesiva turbulencia en el fluido y los granos muy pequeños están sujetos a movimientos de tipo Browniano. Obviamente para resolver la ecuación (2) es necesario obtener w y tener s y el
término de velocidad v, conocer los correctos valores de viscosidad del agua. Laboratorio de Fundamento de Materiales Cerámicos
acceso a la tabla de
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Como el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, es evidente que esta variable debe ser también considerada. Para obtener la velocidad de caída de las partículas se utiliza el hidrómetro. Este aparato se desarrolla originalmente para determinar la gravedad específica de una solución, pero alternando su escala se puede utilizar para leer otros valores.
III. Equipo: • • •
• • • •
IV.
Materiales: •
• •
V.
4.
Cilindro de Sedimentación (Cilindro de 1000 cm 3) Cilindro de Control (Cilindro de 1000 cm 3) Hidrómetro (152 H) Termómetro Balanza de 0.01 gr. Cronometro Embudo de vidrio
Agente dispersante Silicato de Sodio (Na 2Si03). Agua potable. Franelas.
Procedimiento experimental:
1. Pesar 50 gr., de muestra pasante del tamiz N° 200, secado al horno a 110 ° C, por 12 horas. 2. Mediar la cantidad de dispersante para 1000 ml de agua si se tiene en cuenta que para cada 1 mi de dispersante necesito 125 mi de agua. 3. Mezclar el dispersarte con el agua, luego añadir la muestra de suelo, agitar la probeta hasta lograr una total homogenización cilindro N° 1. añadir agua común hasta la marca de 1000 mi cilindro N° 2. 5. Determinar el valor de la corrección de cero, tomando la lectura del cilindro N° 1 con agua y dispersante y cilindro N° 2 solo con agua, a la diferencia de ambas lecturas se le denomina corrección de cero. 6. Se inserta el hidrómetro 152H, y toma las lecturas en los intervalos de tiempo determinados 1, 2,3,4,5,8,15,30,60,90,120,
VI. Cálculos: 1. Lectura Corregida del Hidrómetro: Re = Ra - Corrección de Cero + Ct Donde: Re = Lectura Corregida del Hidrómetro. Ra = Lectura Real. C = Factor de Corrección por Temperatura. Corrección de Cero: __7__ t
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2. Hidrómetro Corregido por Menisco: R = Re + (1) Donde: R = Hidrómetro Corregido por Menisco Re = Lectura Corregida
3. Porcentaje mas Fino: % Mas Fino = ((Re x a) / Ws) * 100 Donde: Re = Lectura Corregida a = Factor de Corrección Ws = Peso del suelo original colocado en suspensión
4. Factor de Corrección ( a): a= (Gs * (1.65))/ (Gs-1)*2.65 Donde: a = Factor de Corrección Gs= Peso especifico del Material Entonces el "a" para el material ensayado es: 1.02
5. Profundidad Efectiva ( L ): Valor que se obtiene en tabla N° 2 6.
Velocidad de Caída de Partículas (V): V = L/t Donde: V =Velocidad de caída (cm /min) L= Profundidad Efectiva en (cm) t = Tiempo en (min)
7. Diámetro de la Partícula (D): D = K * (L /1)
m
Donde: D = Diámetro de la Partícula (mm) L = Profundidad Efectiva (cm) t = Tiempo (min) K= Constante (determinada en tabla N° 3)
VII Resultados - reportar los resultados de la practica en un informe
CUADRO Nº 1 RESULTADOS DEL ANALISIS GRANULOMETRICO METODO DEL HIDROMETRO
temp ºC
lectura real del hidrometro (Ra)
Factor de correccion (ct)
lectura corregida del hidrometro (Rc)
Porcentaje mas fino (%)
Hidromtero corregido por menisco (R )
Profundidad efectiva (L)
velocidad de caida (L/T)
Constante (K)
Diametro de esfera (D) mm
0
22,7
34
0,7
27,7
56,51
28,7
11,56
-----
-----
-------
1
22,7
28
0,7
21,7
44,27
22,7
12,56
12,56
0,0136
0,048
2
22,5
26
0,7
19,7
40,19
20,7
12,93
6,47
0,0136
0,035
3
22,6
25
0,7
18,7
38,15
19,7
13,06
4,35
0,0136
0,028
4
22,6
24
0,7
17,7
36,11
18,7
13,23
3,31
0,0136
0,025
5
22,6
23
0,7
16,7
34,07
17,7
13,36
2,67
0,0136
0,022
8
22,6
22
0,7
15,7
32,03
16,7
13,56
1,7
0,0136
0,018
15
22,8
18
0,7
11,7
23,87
12,7
14,23
0,95
0,0136
0,013
30
23
15
0,7
8,7
17,75
9,7
15,67
0,52
0,0136
0,0098
60
23,4
12
0,7
5,7
11,63
6,7
15,23
0,25
0,0136
0,0068
90
23,4
11
0,7
4,7
9,59
5,7
15,36
0,17
0,0136
0,0056
120
23,6
10
1
4
8,16
5
15,5
0,13
0,0134
0,0049
tiempo trascurrido en minutos
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- Graficar Diámetro de las partículas versus porcentaje mas fino aplicar una escala semilogaritmica.
En la figura se muestra la curva de distribución granulométrica por
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- Graficar Diámetro de las partículas versus porcentaje mas fino aplicar una escala semilogaritmica.
En la figura se muestra la curva de distribución granulométrica por sedimentación, esta puede ser trazada en el formato donde se dibujó la curva de distribución granulométrica por el hidrometro. Se aproxima ala curva de una arcilla limosa debido a que se trabajo con pasantes de tamiz Nº 200. .
VIII cuestionario
1.0 que aplicabilidad desde el punto de vista practico tiene el análisis granulométrico El propósito del análisis granulométrico, es determinar el tamaño de las partículas o granos que constituyen un suelo y fijar en porcentaje de su peso total, la cantidad de granos de distintos tamaños que el suelo contiene. La granulometría correcta es fundamental para muchos elementos de la cantidad del suelo, como ya se ha dicho en particular es importante para la economía y la manejabilidad. Su finalidad es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de suelo. Así es posible también su clasificación mediante sistemas como AASHTO o ASTM. El ensayo es importante, ya que gran parte de los criterios de aceptación de suelos para ser utilizados en bases o sub- bases de carreteras, presas de tierra o diques, drenajes, etc., depende de este análisis.
Para obtener la distribución de tamaños, se emplean tamices normalizados y numerados, dispuestos en orden decreciente.. Para suelos de tamaño inferior, se utiliza el método del hidrómetro, basado en la ley de Stokes. características importantes como son: La Permeabilidad y Cohesión que poseen, las cuales nos permitirán
verificar que tan apto puede ser para la realización de proyectos de construcción. 2.0 que información aporta una curva granulométrica ? l a curva granulométrica de un suelo es una representación gráfica de los resultados obtenidos en un laboratorio cuando se analiza la estructura del suelo desde el punto de vista del tamaño de las partículas que lo forman. Para este análisis se utilizan dos procedimientos en forma combinada, las partículas mayores de separan por medio de tamices con aberturas de malla estandarizadas, y luego se pesan las cantidades que han sido retenidas en cada tamiz. Las partículas menores se separan por el método hidrométrico. Se representa gráficamente en un papel denominado "log-normal" por tener en la horizontal una escala logarítmica, y en la vertical una escala natural. En este las abscisas representan el logaritmo del diámetro de las partículas, y las ordenadas el porcentaje P en peso de los granos menores que el tamaño indicado por las abscisas. Cuanto más uniforme es el tamaño de los granos, tanto más inclinada es la curva, la línea vertical representa a un polvo perfectamente uniforme.
3.0 explique porque se se puede medir tamaño de grano usando una prueba basada en la densidad
Algunos materiales poseen tanto densidad aparente como verdadera, las cuales pueden ser muy distintas. Las densidades aparentes dependen del medio ambiente y las condiciones predominantes. Un material que tiene poros, por ejemplo, no parecerá tan denso cuando sea sumergido en un líquido si los poros están llenos con aire que si lo estuvieran con líquido. Los materiales granulares sueltos nunca parecerán tan densos antes de la compresión que después, debido a la eliminación de los espacios entre los granos. La densidad aparente cambia cuando las condiciones se alteran; la densidad verdadera es invariable.
4.0 estas pruebas se aplican para cualquier tipo de suelos? explique no se pueden utilizar para cualquier tipos de suelo ya que este tipo de pruebas se utilizan para suelos que contengan una distribucion de tamaños de particulas de materiales finos que no es posible mediante el ensayo de tamices
5.0 porque en la naturaleza se pueden encontrar suelos con diferentes tamaños de grano ¿ la composición de los suelos es muy diferente, dependiendo de la constitución de su respectiva roca madre. En el caso del granito, arenisca o su roca madre, el suelo se
desarrolla a lo largo de los años, tendiendo a una alta acidificación. Sobre el limo u otras rocas madre que contienen carbonatos como la marga, se forman en cambio suelos básicos.
El desarrollo del suelo dependerá siempre en primer lugar de la composición de su roca madre y sus minerales. Las rocas se van deshaciendo por causa de agentes climatológicos, en pequeñas partes que conservan la misma estructura. La meteorización es la descomposición de las rocas de tierra, suelos y sus minerales, a través del contacto directo con la atmósfera del planeta. El desarrollo del suelo dependerá siempre en primer lugar de la composición de su roca madre y sus minerales. Las rocas se van deshaciendo por causa de agentes climatológicos, en pequeñas partes que conservan la misma estructura. La meteorización es la descomposición de las rocas de tierra, suelos y sus minerales, a través del contacto directo con la atmósfera del planeta. implica el rompimiento de las rocas y el suelo por el contacto directo con las condiciones atmosféricas como agua, calor, hielo, y presión. La segunda clasificación, la meteorización química, envuelve los efectos atmosféricos directos de origen químico o biológico (también conocido como meteorización biológica), que están implicados en el rompimiento de rocas, suelos y minerales 6.0 cual es la funcion del dispersante ¿
El agente dispersante o defloculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa.La adición de un agente defloculante produce aumento en la densidad del líquido y obliga a realizar una corrección a la lectura del hidrómetro observado.de un agente dispersante (también denominado agente defloculante), el que neutraliza las cargas eléctricas sobre las partículas más pequeñas del suelo que a menudo tienen carga negativa y se atraen entre sí con fuerza suficiente para permanecer unidos, creando así unidades mayores que funcionan como partículas. Así se obtiene una solución de 1000 cc.
7.0 investigue sobre las dimensiones y términos del hidrometro
Hidrómetro modelo 152H ASTM D422
Dimensiones y términos del hidrómetro
8.0 realice un fujograma de la practica
Pesar 50 gr de muestra de tamiz Nº 200
Medir la cantidad de dispersante para 1000 ml de agua
Mezclar el dispersante con el agua. Añadir la muestra de suelo. Agitar la probeta hasta lograr una total homogenización cilindro Nº1
Añadir agua hasta la marca de 1000 ml cilindro Nº2
Insertar el hidrómetro 152H y tomar las lecturas en los intervalos de tiempo determinado.
9. Realice el flujo grama de la práctica.
Análisis granulométrico Método del hidrómetro
Equipo: Hidrómetro Termómetro Balanza de 0.01 gr Cronometro Cilindro de sedimentación Cilindro de control
Procedimiento experimental (7) Lectura Corregida del Hidrómetro.
Cálculos
2. Hidrómetro Corregido por Menisco.
3. Porcentaje más fino.
XI referencias :
AASHTO T 87-70 AASHTO T88-70 ASTM D421-58 ASTM D422-63
