practica 6 granulometria via hidrometro
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Universidad Autónoma de Querétaro / Facultad de Ingeniería
Universidad Autónoma de Querétaro
Facultad de Ingeniería
Lab. Geotecnia I
Dr. Omar Chávez Alegría
Práctica 6 “Análisis Granulométrico vía hidrómetro.”
Alumno: Miguel A. Sandoval Morfin
Brigada Jueves 15:00-18:00
Fecha de realización: 20/09/12
Miguel Ángel Sandoval Morfin Página 1
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Objetivo: Mediante el método del análisis granulométrico vía hidrómetro, poder
determinar los porcentajes de material pertenecientes a tamaños de partículas
inferiores a 0.075mm y mayores a 0.0002mm.
Material:
Hidrómetro (ASTM 152 H)
Defloculante (Hexametafosfato de sodio)
2 probetas de 1000 ml
1 probeta de 500 ml
Espátula
Cronómetro
Embudo
Báscula electrónica de precisión de 0.01 g
Termómetro con precisión de 0.5 ºC
2 flaneras
Vernier
Procedimiento.
1) Preparación del Material.
Para la realización de esta práctica, debemos tener material que ha pasado la
malla No. 200. En este caso utilizaremos una muestra de 50gr de material que
paso la malla No.200 (0.075mm) de la práctica No.5 (Análisis granulométrico
simple).
Debemos recordar que este método es un método aproximado y no podemos
obtener datos tan certeros como lo es con el análisis por mallas, así que debemos
ser cuidados de hacer las mediciones de la manera más precisa para acercarnos
más a un resultado exacto.
La muestra a utilizar debió haber pasado por un proceso de secado en horno para
obtener su peso de los sólidos (Ws) y finalmente antes de iniciar la prueba se
debió saturar durante 16hr.
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Con el fin de evitar la formación de grumos en la masa de suelo, se prepara un
defloculante previamente a la prueba compuesto por hexametafosfato de sodio y
agua.
Las cantidades para lograr una solución al 4% serán de 5gr de hexametafosfato
de sodio en 125ml de agua.
2) Calibración del hidrómetro.
La idea principal del porque se calibra el hidrómetro, es para poder determinar la
profundidad efectiva “L”, que es la distancia que existe entre el centro del bulbo y
la superficie libre del agua como se muestra en la Fig. 6.2.1.
La siguiente formula nos permite determinar la profundidad efectiva “L”
L=L1+12 [L2−V bA ]
Ec. 6.2.1
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Fig. 6.1.1 Secado de muestra Fig. 6.1.2 Solución de Hexametafosfato
Fig. 6.2.1 Datos para calibración de un hidrómetro (Fotografía tomada del Manual de Laboratorio de Geotécnica 1 / Martínez Chávez Saúl /UAQ).
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En la ecuación 6.2.1, “A” se refiere al área transversal de la probeta de 1000ml
donde se sumerge el hidrómetro y se determina mediante la distancia entre 2
lecturas y el volumen alojado en ellas. La siguiente formula nos ayuda a
determinar A:
Area= VolumenDis tan cia (S ) Ec. 6.2.2
El valor Vb se refiere al volumen del bulbo de nuestro hidrómetro, este volumen se
obtiene fácilmente al sumergir el hidrómetro de preferencia en una probeta de
500ml (si no se cuenta con ella usar la de 1000ml) con un volumen de agua
conocido y determinando el cambio de volumen al introducir el hidrómetro.
V b=Lectura1−Lectura2 Ec. 6.2.3
L2 como se muestra en la Fig 6.2.1 es la distancia entre el extremo inferior del
bulbo hasta la lectura de 60 en el vástago del hidrómetro.
L1 es un valor variable que representa la distancia entre la medida de 60 y las
demás graduaciones, por lo cual es conveniente determinar la distancia entre las
graduaciones y así multiplicarla por el número de divisiones.
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Fig. 6.2.2 Probeta de 1000ml de la que se obtiene área transversal (A) y volumen del bulbo por diferencia de volúmenes.
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Corrección por menisco.
Como se comentó al inicio de la práctica, se trata de un procedimiento aproximado
y por lo tanto necesitamos obtener los datos más certeros posibles, por lo tanto se
hacen varias correcciones comenzando por la corrección por menisco.
Introducimos el hidrómetro en la probeta de 1000ml con agua, una vez sumergido
el hidrómetro en agua, la corrección se determina tomando dos lecturas, una en la
parte superior del menisco y otra en la inferior. La diferencia entre las dos lecturas
dará la corrección por menisco Cm
Corrección el cero.
Cuando se agregue el agente defloculante a la suspensión, aumentara la densidad
de ésta; por lo anterior debemos hacer una corrección del cero del hidrómetro Cd.
Para determinar el valor de Cd, se sumerge el hidrómetro en agua y tomamos una
lectura en la escala del vástago del hidrómetro. Después se vierte el defloculante
en agua, se agita vigorosamente por un minuto y se lee nuevamente; la diferencia
entre ambas lecturas es Cd.
Resultados obtenidos de calibración:
Los datos anteriormente mencionados se presentan en la tabla 6.2.1 y nos son de
utilidad para poder determinar los resultados al momento de la realización de la
prueba.
Lec Hidrómetro L1 (cm) L2 (cm) Vb(cm3) Área (cm2) Cm (cm) Cd(cm) L1 Corregida L-5 9.24 15.91 65 26.22 0.29 1.00 9.53 16.240 8.53 15.91 65 26.22 0.29 1.00 8.82 15.535 7.82 15.91 65 26.22 0.29 1.00 8.11 14.82
10 7.11 15.91 65 26.22 0.29 1.00 7.40 14.1115 6.4 15.91 65 26.22 0.29 1.00 6.69 13.4020 5.68 15.91 65 26.22 0.29 1.00 5.97 12.6825 4.98 15.91 65 26.22 0.29 1.00 5.27 11.9830 4.27 15.91 65 26.22 0.29 1.00 4.56 11.2735 3.55 15.91 65 26.22 0.29 1.00 3.84 10.5540 2.84 15.91 65 26.22 0.29 1.00 3.13 9.8445 2.13 15.91 65 26.22 0.29 1.00 2.42 9.1350 1.42 15.91 65 26.22 0.29 1.00 1.71 8.4255 0.71 15.91 65 26.22 0.29 1.00 1.00 7.7160 0 15.91 65 26.22 0.29 1.00 0.29 7.00
DATOS DE CALIBRACIÓN
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Tabla. 6.2.1 Datos de Calibración
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3) Realización de la prueba.
El primer paso para iniciar la prueba es mezclar el defloculante con el suelo para
que se evite la formación de grumos, una vez que se tiene una mezcla uniforme,
se vacía la mezcla en la probeta de 1000ml con agua a la mitad y se procede a
aforar la probeta.
Una vez que hemos vaciado por completo el defloculante y los sólidos en la
probeta y hemos aforado correctamente, debemos agitar vigorosamente la probeta
obturando con la palma de nuestra mano la parte superior de la misma durante
60seg como se muestra en la figura 6.3.3.
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Fig. 6.3.1 Mezcla Defloculante-suelo Fig. 6.3.2 Vaciado en probeta de 100ml
Fig. 6.3.3 Procedimiento para agitar la mezcla durante 60seg (Fotografía tomada del Manual de Laboratorio de Geotécnica 1 / Martínez Chávez Saúl /UAQ).
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Una vez que se ha logrado una consistencia óptima de la mezcla, se coloca con
cuidado la probeta sobre la mesa e iniciamos el cronómetro para tomar las
lecturas correspondientes a 20, 40, 60 y 120 segundos. El procedimiento se
repetirá dos veces más para poder obtener valores promedio de las lecturas del
hidrómetro. De igual forma al finalizar las medidas debemos tomar la temperatura
que presenta la mezcla con fines de corrección por temperatura.
Cuando se haya finalizado de repetir el proceso tres veces, se dejara reposar la
mezcla hasta el minuto 3 y se comienza a tomar las medidas restantes que
deberán ser para 4, 8, 15, y 30 min así como para 1, 2, 4, 8, 24 y 48 horas
preferentemente (Nota: Todos los tiempos deberán estar en minutos).
Para las lecturas posteriores se debe de dejar estabilizar el hidrómetro por 30
segundos y este deberá descansar en una probeta con agua con el fin de
preservar la vida útil de nuestro hidrómetro ya que de no hacerlo, se pegaran
partículas de suelo al vidrio y se descalibrará el dispositivo ya que su peso
cambiará.
Véase la figura 6.3.5
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Fig. 6.3.4 Captura de lecturas vía hidrómetro a diferentes tiempos.
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Resultados durante la realización de la prueba:
Con una temperatura promedio= 23.33°C se obtuvieron:
Tiempo (s) Lectura 1 Lectura 2 Lectura 3 Promedio20 55 55 52 54.0040 55 55 52 54.0060 54 54.5 52 53.50
120 53.5 54 52 53.17180 53 53.5 51.5 52.67
Posterior a los 3 minutos se obtuvieron las siguientes lecturas:
Tiempo Lectura Temperatura4 min 51.00 23.008 min 50.00 23.0015min 48.00 23.0030min 45.00 23.002horas 40.00 23.0024horas 31.00 23.5096horas 27.50 23.00
Para poder determinar la lectura L1 corregida por menisco y por cero, debemos de
conocer cuales fueron dichos valores de corrección, los cuales se presentan en la
Tabla 6.2.1 ahora se presentan organizados en la siguiente tabla junto con otros
datos adicionales que son necesarios para los cálculos.
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Fig. 6.3.5 Captura de lecturas para tiempos superiores a 3 minutos. Obsérvese que se cuenta con una probeta adicional para depositar el hidrómetro tras tomar la lectura.
Tabla 6.3.1 Lecturas de 20 a 180 segundos.
Tabla 6.3.2 Lecturas de 4min a 96 horas.
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Ss 2.61Ws gr 50Cd 7Cd (cm) 0.995575Ct 0.7Cm (cm) 0.288Sep rayitas (cm) 0.142225Temp Prom 23.18
Datos de la prueba
L1 Corregida se determina mediante la siguiente ecuación:
L1 corregida=(60−Lec Ap ) (0.142225 )+Cm−(Cd∗0.142225) Ec. 6.3.1
Una vez que se conoce L1 corregida se puede determinar L mediante la Ec.6.2.1
L=L1+12 [L2−V bA ]
Fecha HoraTiempo
Transcurrido (Min)
Temperatura (°C)
Lec Aparente
L1 (cm) Corregido
L2 (cm) Vb (cm3) Área (cm2) L
20-sep-12 17:30 0.33 23.33 54.00 0.15 15.91 65.00 26.22 6.8620-sep-12 0.67 23.33 54.00 0.15 15.91 65.00 26.22 6.8620-sep-12 1.00 23.33 53.50 0.22 15.91 65.00 26.22 6.9320-sep-12 2.00 23.33 53.17 0.26 15.91 65.00 26.22 6.9820-sep-12 3.00 23.33 52.67 0.34 15.91 65.00 26.22 7.0520-sep-12 4.00 23.00 51.00 0.57 15.91 65.00 26.22 7.2920-sep-12 17:38 8.00 23.00 50.00 0.71 15.91 65.00 26.22 7.4320-sep-12 17:45 15.00 23.00 48.00 1.00 15.91 65.00 26.22 7.7120-sep-12 18:00 30.00 23.00 45.00 1.43 15.91 65.00 26.22 8.1420-sep-12 19:30 120.00 23.00 40.00 2.14 15.91 65.00 26.22 8.8521-sep-12 17:30 1440.00 23.50 31.00 3.42 15.91 65.00 26.22 10.1324-sep-12 17:30 5760.00 23.00 27.50 3.91 15.91 65.00 26.22 10.63
Para conocer el valor correcto de K para esta prueba se interpoló de la siguiente
manera:
f (23.18 )=0.0134+ (0.0132−0.134 )24−23
(23.18−23 ); f (23.18 )=0.013
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Tabla 6.3.3 Datos de corrección y referencia para los cálculos posteriores.
Tabla 6.3.4 Obtención de L mediante las correcciones y los datos de calibración del hidrómetro.
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Finalmente el diámetro de partícula se obtuvo mediante la fórmula de la ley de
Stokes (matemático y físico irlandés George Gabriel Stokes 1819-1903). Una de
las consideraciones que Stokes tuvo al formular la ecuación fue que las partículas
se consideran de forma esférica, lo cual en una arcilla es totalmente falso, por lo
que es un método aproximado.
D=K √ Lt Ec. 6.3.2
Dónde:
L= Profundidad efectiva de caída (cm)
T= Tiempo transcurrido (min)
K= Constante de la tabla 6.3.6
D= Diámetro de la partícula (mm)
Fecha HoraTiempo
Transcurrido (Min)
L K D (mm) %Mas Fino% Mas Fino Que pasa
20-sep-12 17:30 0.33 6.86 0.0134 0.0606 0.29 96.2420-sep-12 0.67 6.86 0.0134 0.0429 0.29 95.9420-sep-12 1.00 6.93 0.0134 0.0352 0.44 95.5020-sep-12 2.00 6.98 0.0134 0.0250 0.53 94.9720-sep-12 3.00 7.05 0.0134 0.0205 0.68 94.2920-sep-12 4.00 7.29 0.0134 0.0180 1.16 93.1420-sep-12 17:38 8.00 7.43 0.0134 0.0129 1.44 91.6920-sep-12 17:45 15.00 7.71 0.0134 0.0096 2.02 89.6820-sep-12 18:00 30.00 8.14 0.0134 0.0070 2.88 86.8020-sep-12 19:30 120.00 8.85 0.0134 0.0036 4.31 82.4921-sep-12 17:30 1440.00 10.13 0.0134 0.0011 6.90 75.5924-sep-12 17:30 5760.00 10.63 0.0134 0.0006 7.90 67.68
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Tabla 6.3.5 Obtención de D mediante L y K donde K se obtuvo de la tabla 6.3.6, mediante una interpolación.
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Para la construcción de la curva granulométrica del material se ordenan los datos
como se muestra en la tabla 6.3.7:
D (micras) % Pasa% Pasa
respecto al total
60.63 96.24 96.2642.87 95.94 95.9935.19 95.50 95.5924.97 94.97 95.1020.49 94.29 94.4818.04 93.14 93.4212.88 91.69 92.10
9.58 89.68 90.256.96 86.80 87.623.63 82.49 83.671.12 75.59 77.350.57 67.68 70.11
Miguel Ángel Sandoval Morfin Página 11
Tabla 6.3.6 Valores de K para varias combinaciones de pesos unitarios y temperaturas. (Tabla tomada del Manual de Laboratorio de Geotécnica 1 / Martínez Chávez Saúl /UAQ).
Tabla 6.3.7 Datos para curvas granulométricas D en micras, y se presentan los porcentajes de la muestra y el porcentaje total del material del sitio de análisis.
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Otra forma de poder calcular los diámetros de partícula o de comprobar nuestros
resultados es la determinación de los diámetros mediante el apoyo de un
Nomograma basado en la ley de Stokes, como el que se muestra en la figura 6.3.7
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Fig. 6.3.6 Curva granulométrica del material más fino.
Fig. 6.3.7 Nomograma de Casagrande para la solución de la ley de Stokes.
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En la figura 6.3.8 se muestra como se determinaron los diámetros de partículas
con la ayuda del Nomograma de Casagrande (Fig 6.3.7) solo para los tiempos de
20seg, 4min y 96 horas y se observa que los resultados que el nomograma
devuelve tienen una gran exactitud con respecto a los obtenidos en la tabla 6.3.5.
A continuación se presentan los datos de los diámetros del nomograma vs las
velocidades del mismo y a su vez se construye una gráfica con los datos de la
misma tabla para observar su comportamiento.
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Fig. 6.3.8 Resultados para 20 seg, 4min y 96horas.
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Tiempo L (cm)Diametro
(mm)Velocidades
cm/s20 s 6.86 0.06 0.3540 s 6.86 0.042 0.161 min 6.93 0.035 0.1152 min 6.98 0.025 0.0573 min 7.05 0.021 0.0394 min 7.29 0.018 0.038 min 7.43 0.013 0.015215 min 7.71 0.0099 0.00930 min 8.14 0.007 0.00452 hr 8.85 0.00136 0.001224 hor 10.13 0.00115 0.0001496 hr 10.63 0.0006 0.000034
A continuación se presenta la gráfica de velocidades vs diámetros de partículas
donde se puede observar que tenemos una velocidad mayor cuando se trata de
una partícula de dimensiones mayores.
Lo anterior se podría explicar debido a que mientras más pequeña es nuestra
partícula su velocidad de caída será menor.
Otro factor de gran importancia es que las partículas más pequeñas pueden
presentar formas más laminares y no esféricas, lo cual reduce su velocidad de
caída considerablemente.
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Fig. 6.3.9 Gráfica de Diámetro VS Velocidad.
Tabla 6.3.8 Tabla de diámetros y velocidades obtenidas mediante el nomograma de Casagrande
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Análisis de Resultados.
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE QUERÉTARO
ANÁLISIS VÍA HIDRÓMETRO.
Proyecto: Edificación de casa habitación Fecha: 20-sep-12Localización Celaya, Guanajuato México. No. Sondeo 1
Realizó: Miguel Angel Sandoval Morfin. Profundidad: 1.4m
Hidrometro No. 1 Ss 2.61Agente dispersante: Hexametafosfato de sodio Cantidad (gr) 5 gr
Corrección por Defloculante: 7 Cm 0.288cmWs 50gr
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO VÍA HIDRÓMETRO
Fecha HoraTiempo
(min)Temp °C
Lectura Corr.
L K D (mm) % Mas Fino% Mas Fino Resp total.
20-sep-12 17:30 0.33 23.33 54.00 6.86 0.0134 0.0606 0.29 96.2620-sep-12 0.67 23.33 54.00 6.86 0.0134 0.0429 0.29 95.9920-sep-12 1.00 23.33 53.50 6.93 0.0134 0.0352 0.44 95.5920-sep-12 2.00 23.33 53.17 6.98 0.0134 0.0250 0.53 95.1020-sep-12 3.00 23.33 52.67 7.05 0.0134 0.0205 0.68 94.4820-sep-12 4.00 23.00 51.00 7.29 0.0134 0.0180 1.16 93.4220-sep-12 17:38 8.00 23.00 50.00 7.43 0.0134 0.0129 1.44 92.1020-sep-12 17:45 15.00 23.00 48.00 7.71 0.0134 0.0096 2.02 90.2520-sep-12 18:00 30.00 23.00 45.00 8.14 0.0134 0.0070 2.88 87.6220-sep-12 19:30 120.00 23.00 40.00 8.85 0.0134 0.0036 4.31 83.6721-sep-12 17:30 1440.00 23.50 31.00 10.13 0.0134 0.0011 6.90 77.3524-sep-12 17:30 5760.00 23.00 27.50 10.63 0.0134 0.0006 7.90 70.11
Observaciones: Como se aprecia en el %Más fino que pasa por los diferentes
diámetros, aún tenemos un 70.11% de material que no se ha logrado conocer su
granulometría, solo sabemos que su tamaño de partícula es inferior a 0.0006mm
que es el tamaño de partícula más pequeño obtenido en este ensayo.
Por lo tanto podríamos asumir que más del 50% del material está compuesto por
coloides.
Conclusiones:
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El análisis granulométrico vía hidrómetro, es un método que nos ayuda a
aproximar demasiado el diámetro de una cierta cantidad de las partículas
que componen a nuestra muestra.
El análisis no puede ser exacto debido a que las partículas que componen a
nuestro suelo no son completamente esféricas, es más, podríamos decir
que no tienen ninguna similitud con una esfera, debido a que sabemos que
un arcilla tiene partículas de forma laminar (x= y ≠ z).
En los porcentajes que pasan por los diferentes diámetros se tuvo el
resultado de que más del 70% debe tener un tamaño de partícula inferior a
0.0006mm, y esto nos lleva a concluir que estamos ante un suelo con alta
cantidad de partículas coloidales (menores a 0.0002mm).
Referencias.
Laboratorio de Geotécnica 1/ Práctica # 6/ Martínez Chávez Saúl /
Universidad Autónoma de Querétaro.
Juárez Badillo y Rico / Mecánica de Suelo Tomo I Pg. 110-115 / 1972/
Editorial Limusa / México
Normatividad de la American Society for Testing and Materials (ASTM) en
su norma ASTM D 422-63 / EUA, 2007.
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