Informe granulometría por hidrómetro PDF

Preview

Summary

informe practica de granulometria por hidrometro...

Description

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Presentado por: VICTOR ALFONSO VERGARA ALVAREZ CARLOS BARROS MALO JUAN HUMBERTO PAYARES

GRUPO # 2

Presentado a: ING. LEONARDO TOSCANO AMAYA

UNIVERSIDAD DE SUCRE FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA CIVIL GEOTECNIA I SINCELEJO – SUCRE 2019

1

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

INTRODUCCIÓN Los granos que conforman un suelo tienen diferente tamaño, van desde los grandes que son los que se pueden tomar fácilmente con las manos, hasta los granos pequeños, los que solo se pueden ver con un microscopio. La granulometría que puede presentar un suelo es uno de los criterios utilizados por la geotecnia para la clasificación del mismo dentro de un grupo específico, este puede ser grava, arena, limos o arcillas. Cuando los suelos no son grueso granulares, sino que los suelos tienen tamaños de grano pequeños no se podrá hacer análisis granulométrico por mallas, para determinar el porcentaje de peso de los diferentes tamaños de los granos de suelo. Lo apropiado es aplicar el método del hidrómetro (densímetro), hoy en día para suelos finos quizá es el ensayo de mayor uso, el hecho se basa en que las partículas tienen una velocidad de sedimentación que se relaciona con el tamaño de las partículas. La ley fundamental para realizar análisis granulométrico por hidrómetro es formulada por Stokes, en esta ley se enuncia que si una partícula esférica cae dentro del agua adquiere pronto una velocidad uniforme que depende del diámetro de la partícula, de su densidad y de la viscosidad del agua.

OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL. Determinar experimentalmente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas de una fracción fina (limo y arcilla), teniendo en cuenta que este es material que pasa el tamiz N°200 (0.075 mm), basándose en la sedimentación del material en un líquido. Y conocer la variación de caída de la densidad de la suspensión con el trascurso del tiempo, esto por medio del hidrómetro.

2

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

OBJETIVO ESPECIFICO. 

Representar gráficamente la distribución cuantitativa del tamaño de las partículas finas de un



Definir la proporción de arcilla y limo presentes dentro de la masa de suelo.



Determinar de manera indirecta el porcentaje de partículas que pasan por el tamiz N°200(0.075

suelo.

mm). 

Determinar el análisis granulométrico de los suelos por el método del hidrómetro.

JUSTIFICACIÓN En un estudio de suelos para una edificación, es estrictamente necesario conocer muy bien el tipo de suelo en el cual se va a materializar el proyecto, dado que de esto depende en gran parte el éxito de la obra, es por esto que se hace necesario realizar este tipo de ensayos por medio de los cuales se conoce de mejor manera el tipo de suelo en el cual se va a trabajar, y se puede concluir si hay que emplear estabilización de suelos, lo cual suele suceder cuando se trata de materiales altamente expansivos al entrar en contacto con el nivel freático y contraerse a falta de éste. En este orden de ideas, es importante llevar a cabo ésta práctica, para determinar con toda certeza las características de los suelos.

RESUMEN En este informe se explica el procedimiento para realizar un análisis granulométrico mediante el ensayo por hidrómetro a una muestra de suelo. Este ensayo se basa en el principio de la sedimentación de granos de suelo en agua. Cuando un especien de suelo se dispersa en agua, las partículas se asientan a diferentes velocidades, dependiendo de su forma tamaño y peso. La velocidad de estas partículas se expresa por la ley de Stokes, suponiendo que todas las partículas son esferas. Para un suelo de granos fino objeto de

3

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

estudio en el presente informe como lo son los limos y las arcillas sus propiedades mecánicas están ligadas a su composición mineralógica. Para realiza este ensayo se utilizó el material más fino que fue lavado del suelo que se empleó en el ensayo granulométrico por cribado. Primero fue secado completamente y molido hasta que quedaran partículas muy finas, posteriormente el material es mezclado con una solución de NaPO3 (Hexametafosfato de Sodio) y echado en una probeta con agua para tomar las medidas del ensayo; además de esta se utilizó una probeta solo con agua y otra con agua más NaPO3. ABSTRACT This report explains the procedure for a particle size analysis using the hydrometer to test for a soil sample. This assay is based on the principle of sedimentation of grains of soil water. When a soil especien dispersed in water, particles settle at different rates, depending on their size and weight form. The speed of these particles is expressed by Stokes law, assuming all particles are spheres. For a fine grain soil under study in this report as are the silts and clays its mechanical properties are linked to their mineralogical composition. To perform this assay the finest material was washed soil was used in the granulometric screening assay was used. First it was completely dried and ground until they were very fine particles, then the material is mixed with a solution of NaPO 3 (Sodium Hexametaphosphate) and cast into a test tube with water to take measurements of the test; besides this a probe only with water and one with more water was used NaPO3.

MARCO TEÓRICO Realizar un análisis granulométrico es obtener la distribución por tamaño de las partículas presentes en una muestra de suelo. Para determinar la distribución granulométrica de las partículas de cualquier suelo que contenga material de grano fino, se deberá usar el método de análisis mecánico en húmedo. Los métodos de análisis en húmedo se basan en la ley de 4

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Stokes, “La velocidad a la que cae una partícula esférica a través de un medio líquido es función del diámetro y del peso específico de la partícula”. Se hace una suspensión del suelo, que se agita y luego se deja en reposo. Después que ha transcurrido un tiempo dado, todas las partículas mayores que las de un tamaño determinado se han asentado debajo de un plano situado a una profundidad arbitraria en la suspensión. Este tamaño puede calcularse por medio de la ley de Stokes. La densidad correspondiente de la suspensión a la profundidad arbitraria es la medida de la cantidad de suelo menor que el tamaño calculado. De esta manera, midiendo la densidad en tiempos diferentes, puede determinarse la distribución de los tamaños de las partículas. Los suelos formados por partículas gruesas se identifican fácilmente por inspecciones visuales. Para ello se extiende una muestra representativa sobre una superficie plana y se observa la distribución de las partículas, tamaño de las mismas, forma y composición mineralógica. Para la granulometría de los suelos finos se agita la muestra en agua dentro de un recipiente de vidrio y se le deja sedimentar. La malla que se usa más comúnmente en el campo o en el laboratorio es la Nº200 U.S. estándar, en la que la anchura de la malla es de 0.075 mm. Por esta razón se ha aceptado como la frontera estándar entre los materiales de granos gruesos y los de granos fino.

EQUIPOS Y MATERIALES 

Balanza analítica.



3 Probeta de sedimentación de 1000ml.



Hidrómetro.



Agente dispersante (hexametafosfato de sodio).



Termómetro.



Cronometro.



Muestra de fracción fina previamente lavada por el tamiz N°200 y secada al horno PROCEDIMIENTO

5

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

ANALISIS GRANULOMETRICO POR PROCESO DEL HIDROMETRO

Lavar muestra de fracción fina en tamiz N°200 y secar al horno por 24 horas.

Tomar 60 gr de suelo secado al horno y pulverizado y mezclarlo con 125 ml de solución al 4% de NaPO3 (hexametafosfato de sodio).

Transferir la mezcla a la probeta de sedimentación, añadiendo agua hasta el aforo de 1000ml y verificar que la temperatura del agua común sea igual para ambos recipientes. Sedimentación y control.

Usar la palma de la mano para tapar la boca de la probeta donde se encuentra la suspensión de suelo y agitar cuidadosamente por cerca de 1 minuto.

Colocar el hidrómetro y el termómetro en el recipiente para tomar lecturas de ambos i l t

Tener en cuenta los intervalos de tiempo para la toma de las mediciones después de 2 horas son aproximaciones, por lo que cualquier tiempo es suficiente para permitir una dispersión.

Tomar lecturas de tiempo de 1, 2, 4, 8, 16, 30, 90 minutos y sucesivamente en intervalos balanceados de minutos.

6

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

7

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

La tabla 1 muestra los datos recolectados en laboratorio del ensayo de determinación de tamaños de partículas de suelo por el método del Hidrómetro, según la INV-E-124. A continuación se explicará más detalladamente los cálculos realizados para poder completar dicha tabla.

 A la lectura tomada en laboratorio, por encima del menisco, se le debe hacer corrección por menisco, valga la redundancia, teniendo en cuenta que las mediciones se deben realizar por debajo de este último. Para hallar ese valor, que deberá adicionarse a la lectura del hidrómetro, se tiene una probeta con agua limpia a la cual se debe medir la altura del menisco observado cuando el hidrómetro se encuentra inmerso en ésta. Corrección por menisco = -0.5 g/l

 La corrección del hidrómetro solo por menisco (r) se determina de la siguiente forma:

Lectura corregida por menisco=L real+Corrección por menisco ①

Para un tiempo t=1 min, se tiene una lectura corregida por menisco de: Lectura corregida por menisco=28

g ± 0.05 g /l=29 g /l l

NOTA: Los demás datos se determinaron de forma análoga siguiendo el procedimiento anteriormente descrito.

 Ahora, se debe determinar el diámetro de las partículas de suelo que se encuentran suspendidas por encima del centro de gravedad del hidrómetro. Para hallar D (mm), usando la ley de Stokes, se tiene la siguiente ecuación:

D ( mm )=K

√

L ② t

8

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Dónde: K: Constante t: tiempo en minutos

L: Profundidad efectiva en centímetros + Corrección por menisco

Para ello se deben conocer los valores de K y L y se procede de la siguiente forma: 

 

K es una contante, que para hallar su valor K se supone un Gc= 2,70; conocido este valor y conocida la temperatura de cada lectura del hidrómetro, se procede a mirar la tabla 6.4 (Anexos) el valor de K. Por otra parte, L (profundidad efectiva) de la tabla 1 se encuentra tomando de la tabla 6.5 (Anexos) debido a que ya se conoce K y se interpola si es necesario. Vale la pena hacer la aclaración que se necesitó interpolar algunos valores en esta sección y en las siguientes, debido a que estos no aparecían en dichas tablas.

 A continuación, se reemplazan los valores de L, t y K en la ecuación ② para un valor particular, se sobre entiende que los demás se hicieron de forma similar. Para la primera lectura del hidrómetro: t= 1 min, L=9.7 cm D=0,012

√

11,5 ( mm ) 1

D=0,0407 mm

 Para calcular los valores de los porcentajes más finos se utiliza la siguiente formula:

Porcentajemás fino=

Rc∗∝ ∗100 % ③ Ws

Para ello debemos encontrar los respectivos valores de

∝ y Rc

 Para el valor corregido de la lectura Rc, se utiliza la ecuación que se enuncia a continuación:

9

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Rc=R real – Corrección de ceros+Corrección por temperatura ④

Para determinar Rc, necesitamos conocer la corrección por temperatura para cada dato. Se tomaron los respectivos valores para la corrección por temperatura usando la tabla 6.3 (anexos). Para la primera lectura del hidrómetro: L real: 28 g/l ; Corrección Cero: 0 g/l y Corrección Temp: 3.8 g/l, esta última hallada en la tabla 6,3 (Anexos) Rc=28 g /L−0 g / L+ 3,05

Rc=31,8 g / L  Para calcular el valor de ∝ se utilizó la tabla 6.2 partiendo del hecho que ya se tenía el valor de Gc el cual es 2,7 y se pudo identificar un ∝=0,99

 Utilizando el valor corregido de Rc y el valor encontrado de ∝ , se procede a hallar el porcentaje de material más fino correspondiente al diámetro de partícula con la ecuación ③ . A continuación, se reemplazan los datos correspondientes en la ecuación valor y se sobre entiende que los demás se hicieron de forma similar. Para la primera lectura del hidrómetro:

Porcentajemás fino=

31,8∗0,99 ∗100 % 50

Porcentaje más fino=62,964 %

10

③

para un

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

11

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Remitirse a la tabla 6.6. Indicativo del porcentaje que pasa según el diámetro de la partícula.

12

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

CUESTIONARIO 1. ¿La ley de Stokes se aplicaría a la caída de partículas de una arena gruesa en una probeta de sedimentación? Teóricamente, la ecuación de Stokes cumple para valores de diámetros de partículas de suelo que se encuentren dentro del rango de 0.0002 mm y 0.2 mm. (Bowles, 1981). Esto nos dice para partículas de suelo con tamaños inferiores a 0.2 mm la ley de Stokes tiene validez. Sin embargo, el método de análisis granulométrico es posible hacerlo para todo tipo de suelo, pero el inconvenientes es que, según Bowles, los granos de suelo de mayor tamaño que 0.2 mm causan excesiva turbulencia en el fluido y que los granos muy finos, menores a 0.0002 mm poseen fuerzas de atracción y repulsión bastante grandes que dificultan su estudio. A pesar de ello, el señor Joseph Bowles afirma que es posible hallar la distribución de los tamaños de las partículas utilizando el método del hidrómetro para suelos con material retenido por encima del tamiz N°10, considerando algunos aspectos para corregir los resultados obtenidos. 2. ¿El análisis por Hidrómetro determina exactamente el tamaño de las partículas de un suelo? Este ensayo proporciona el “tamaño” de una esfera equivalente, que decanta a la misma velocidad que las partículas de suelo presentes en una muestra, al ser ensayadas de acuerdo con las especificaciones de la norma INV-E-124. Entonces, el ensayo no establece el tamaño real de las partículas e suelo, pues estas últimas no son necesariamente esféricas, más bien son, en su gran mayoría, irregulares en su forma.

13

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

3. ¿Por qué usted corrige la distancia de caída de las partículas durante el análisis por hidrómetro? Esta distancia se corrige porque existen factores que impiden o dificultan la medición real de los datos como las impurezas del agua y del agente defloculante. Además, porque algunas variables como la temperatura pueden cambiar su valor entre una medición y otra, para el caso que no se haga el ensayo en un baño de agua de temperatura controlada. Por ejemplo, se hace la corrección por menisco en la lectura debido a que la turbidez de dela mezcla agua-suelo no permite estimar el valor real de la medición directamente sobre la probeta. 4. ¿Qué modificaciones serían requeridas si uno llevara a cabo un análisis por hidrómetro en una probeta de 2000 ml en vez de una probeta de 1000 ml?  Para alcanzar una solución al 4% de Hexametafosfato de sodio, debe haber 80 gr de soluto puro para 2000 ml de solución.  Saber que el hidrómetro entrega las mediciones hechas sobre él en gramos/litro, y que por tanto, la masa de ensayo debe ser el doble de la masa de ensayo para cuando el volumen de solución era de un litro para que las dentro del rango de lecturas del hidrómetro. Es decir, tomar 100 gr suelo lavado y secado al horno  Modificar la escala de lectura del hidrómetro de tal forma que sea posible hacer la medición sobre los 100 gr de suelo en el hidrómetro.  5. ¿Qué forma es asumida para las partículas de suelo cuando se interpretan los resultados de un análisis por sedimentación? ¿Es esta suposición aplicada para las partículas de arcilla?

14

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

Se asume que las partículas de suelo tienen forma de una esfera equivalente que decanta a la misma velocidad que las partículas reales, puesto a que es sumamente complejo determinar la velocidad de decantación de cada partícula individualmente. Esto se cumple para un rango de diámetros de partículas entre 0.2 micras y 0.2 mm según lo establecido por J. Bowle. RECOMENDACIONES  El material utilizado para el ensayo del hidrómetro debe ser previamente lavado por el tamiz N°200 con el fin de retirar material no granular fino.  La muestra debe estar completamente seca y bien triturada antes de llevar a cabo el ensayo.  La toma de datos del hidrómetro y del termómetro deben ser lo menos posibles erróneos con el fin de tener una distribución granulométrica satisfactoria.  No olvidar la toma de datos de las probetas de control para así realizar las debidas correcciones por cero y por menisco. CONCLUSIONES El método del hidrómetro permite calcular la distribución de tamaños de las partículas de grano fino presentes en el suelo, pero los tamaños de las partículas obtenidos con este método no son realmente exactos sino que son una aproximación de estos, porque este método proporciona es el tamaño de una partícula esférica que decanta a la misma velocidad de las partículas del suelo estudiado. A demás para que éste método sea más próximo a la realidad es necesario hacer diversas correcciones puesto que las lecturas tomadas poseen un grado de error debido a numerosos factores entre los cuales se encuentra la turbulencia de la solución, que impedían que observador tomara el valor real de la lectura.

15

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

REFERENCIAS

 INV E-124. Análisis Granulométrico De Suelos por Medio del Hidrométro.7ma Edición.  J, Bowles. (1981). Manual de laboratorio de suelos en ingeniería civil. 2da Edición. (pp.47-60)  Braja M. Das. (1999). Fundamentos de ingeniería geotécnica. 6ta Edición. México: Thomson Learning.(pp.11)

 Normas ASTM D422-63

16

DETERMINACIÓN DEL ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LOS SUELOS (MÉTODO DEL HIDRÓMETRO)

ANEXOS TABLA 6.3 TEMPERATURA (°C) 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Tabla 6.2 Gc

α

2.85 2.8 2.75 2.7 2.65 2.6 2.55 2.5

0.96 0.97 0.98 0.99 1 1.01 1.02 1.04

Tabla 6.4 Temperatura Gc=2,7 (°C) 0.0141 16 0.014 17 0.0138 18 0.0136 19 0.0134 20 0.0133 21 0.0131 22 0.013 23 0.0128 24 0.0127 25 0.0125 26 0.0124 27 0.0123 28 0.0121 29 0.012 30

Tabla 6.5 L (cm) R 1 6 15.3 9 2 7 15.2 0 2 8 15 1 2 9 14.8 2 2 1 14.7 3 0 2 11 14.5 4...