Análisis hidrométrico

Este método se utiliza para obtener un valor estimado de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran comprendidas entre los 0,074 mm. (Malla Nº 200 ASTM) y hasta alrededor de 0,001 mm. El análisis, utiliza la relación entre la velocidad de caída de una esfera en un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico de la esfera como del fluído y la viscosidad de este.

El análisis hidrométrico se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando un espécimen de suelo se dispersa en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes, (La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.)según la cual

v=Ps−Pw18η

=D 2

Donde:

v = velocidad

Ps = densidad de las partículas de suelo

Pw = densidad del agua

η = viscosidad del agua

D = diámetro de las partículas del suelo

De la ecuación anterior podemos despejar D

D=√18ηvPs−Pw=√18ηPs−Pw∗√ Lt

Donde:

V= distancia / tiempo = L/t

Podemos decir que

Ps= Gs Pw, que sustituyendo en la ecuación anterior tenemos

D=√18η(Gs−1)Pw

∗√ LtLlevando cada término a su unidad correspondiente tenemos

D=√30η(Gs−1)Pw∗√ Lt

Ponemos crear el valor de K como una constante en función de Gs y η , que son dependientes de la temperatura de la prueba tenemos:

D(mm )=K∗√ L( cm)t (min ) , Donde

K=√30η(Gs−1)

Procedimiento En el laboratorio, la prueba del hidrómetro se conduce en un cilindro de sedimentación con 50 g de muestra seca al horno. El cilindro de sedimentación tiene 457 mm de altura y 63.5 mm de diámetro; el cilindro está marcado para un volumen de 1000 ml. Como agente dispersor se usa generalmente el hexametafosfato de sodio. El volumen de la suspensión de suelo dispersado se lleva hasta los 1000 ml añadiendo agua destilada.

Cuando un tipo de hidrómetro ASTM 152H se coloca en la suspensión de en un tiempo t, medido desde el principio de la sedimentación, mide la densidad de sólidos en la vecindad de su bulbo a una profundidad L. La densidad de sólidos es una función de la cantidad de partículas de suelo presentes por volumen unitario de suspensión en esa profundidad. En un tiempo t, las partículas de suelo en suspensión a una profundidad L tendrán un diámetro menor que D, calculado según la ecuación. Las partículas más grandes se habrán asentado más allá de la zona de medición. Los hidrómetros son diseñados para dar la cantidad de suelo, en gramos, aún en suspensión. Los hidrómetros son calibrados para suelos que tienen una densidad de sólidos (Gs) de 2.65; para suelos de otra densidad de sólidos, es necesario hacer correcciones.

Conocida la cantidad de peso en suspensión, L y t, podemos calcular el porcentaje de suelo por peso más fino que un cierto diámetro. Note que L es la profundidad medida desde la superficie del agua hasta el centro de gravedad del bulbo del hidrómetro donde se mide la densidad de la suspensión. El valor de L cambia con el tiempo t; su variación con las lecturas del hidrómetro está dada en el Libro de Normas de la ASTM.

El análisis por hidrómetro es efectivo para separar las fracciones de suelo desde limos y arcillas hasta un tamaño de aproximadamente 0.5 (micra) micrómetro

Longitud del bulbo con respecto al centro de gravedad

Ejemplo de un análisis granulométrico por hidrómetro 215H (ASTM)

Este ensayo se encuentra basado en el principio de sedimentación de granos de suelo en agua, cuando un espécimen de suelos se sedimenta en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de sus formas, tamaños y pesos. Por simplicidad, se supone que todas las partículas de los suelos son esferas y que la velocidad de las partículas se expresa por la ley de Stokes, por lo dicho anteriormente se presentan unas restricciones a esta ley que son necesarias tener en cuenta como objeto del estudio que se hace

- las partículas finas no son esferas

- el suelo no es homogéneo en cuanto a su composición

- la temperatura del fluido no es constante

- las partículas finas forman grumos debido a la iteración eléctrica que ocurre entre ellas.

Para este tipo de ensayos se tienen en cuenta las siguientes observaciones:

-Se debe de trabajar con la cantidad de material fino que pasa tamiz 200.

-Se utilizara el densímetro.

-Se toma una cantidad de 30 a 50 g, del material que pasa tamiz 200.

-Se utilizara un de floculante el cual disgregara todos los grumos presentes en la muestra.

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS EN EL ENSAYO

· Agente defloculante (Silicato de Sodio)

· Pipeta

· Agitadora eléctrica o batidor

· Cilindro o vaso graduado (probeta)

· Agua (2 litros aproximadamente)

· Cronómetro

· Termómetro

· Hidrómetro

· Frasco lavador

Pasos a dar en el ensayo

1. Del peso total de suelo que pasa la malla No. 200, se pesan 50 gramos de este suelo totalmente seco.

2. Luego con la pipeta se miden 4 cm3 de Silicato de sodio que será el agente defloculante y se mezcla con suficiente agua para que se disuelva.

3. Se mezclan conjuntamente la muestra del suelo y el agua con el agente defloculante.

4. Esta mezcla se transfiere al vaso de la agitadora eléctrica y se procede a dejarla batiéndose por 7 minutos aproximadamente para que el defloculante alcance cada una de las partículas del suelo.

5. Luego de haber agitado bien la mezcla, esta se vierte en la probeta, teniendo mucho cuidado de no desperdiciar absolutamente nada del suelo la mezcla en general, esto se logra valiéndose de un frasco lavador.

6. A esta probeta se le agrega más agua para que el nivel llegue a 1000 ml.

7. Teniendo ya la probeta graduada como se indicó, se tapa con la mano y se agita vigorosamente por 60 segundos aproximadamente hasta que no quede nada del suelo asentado en el fondo de esta.

8. Por otra parte se prepara también otra probeta graduada con 1 litro de agua (1000 ml) y 4cm3 de Silicato de Sodio (deflocualnte).

9. Luego de tener las dos probetas preparadas se introducen los hidrómetros a la vez uno en cada probeta, con mucha delicadeza para no crear turbulencia en la probeta que contiene el suelo.

10. En el momento que se introducen los hidrómetros en las probetas se enciende el cronómetro.

11. Se comienzan a tomar las lecturas de ambos hidrómetros en el momento en que los hidrómetros no presenten movimientos fuertes. Se mira el tiempo en el que se toma la primera lectura y a partir de este se toman las siguientes lecturas aumentando al doble el tiempo, es decir a 1 minuto, luego a 2, luego a 4 y así sucesivamente.

12. También se debe tomar la temperatura de la mezcla, teniendo cuidado de no mover el hidrómetro.

Resultados tomados del laboratorio (resumidos en tabla.)

DATOS

%pasa 200: 7.15%

Mss pasa 200 (g): 1110(0.75):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), el % que pasa, y lecturas como tiempos, corrección por ceros, y lectura en el hidrometro.

1. Rc(lectura corregida): Ra + Ct – corrección de ceros

2. % que pasa: Rc * a / Mss

3. D(mm): K*√(L/t)

4. N%: 7.15 - 100 X % pasa(h)

Donde:

Ra: lectura real en el hidrómetro

A: constante dependiente del Gs

L: longitud efectiva

T: tiempo (min.)

N%: ajuste del porcentaje que pasa real de finos

Taba de resultados según el tiempo

Introducción

Este método se utiliza para obtener un valor estimado de la distribución granulométrica de suelos cuyas partículas se encuentran comprendidas entre los 0,074 mm. (Malla Nº 200 ASTM) y hasta alrededor de 0,001 mm. El análisis, utiliza la relación entre la velocidad de caída de una esfera en un fluido, el diámetro de la esfera, el peso específico de la esfera como del fluído y la viscosidad de este.

Conclusión

En el laboratorio, la prueba del hidrómetro se conduce en un cilindro de sedimentación con 50 g de muestra seca al horno. El cilindro de sedimentación tiene 457 mm de altura y 63.5 mm de diámetro; el cilindro está marcado para un volumen de 1000 ml. Como agente dispersor se usa generalmente el hexametafosfato de sodio. El volumen de la suspensión de suelo dispersado se lleva hasta los 1000 ml añadiendo agua destilada

Cuando un tipo de hidrómetro ASTM 152H se coloca en la suspensión de en un tiempo t, medido desde el principio de la sedimentación, mide la densidad de sólidos en la vecindad de su bulbo a una profundidad L. La densidad de sólidos es una función de la cantidad de partículas de suelo presentes por volumen unitario de suspensión en esa profundidad. En un tiempo t, las partículas de suelo en suspensión a una profundidad L tendrán un diámetro menor que D, calculado según la ecuación

Bibliografía

http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Stokes

Fundamentos de Ingeniería geotécnica; Braja M. Das

http://mecanicadelossuelos.blogspot.com/p/analisis-mecanico-del- suelo-hidrometro.html