Granulometría por hidrómetro - Kevin Valencia (1)

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CORRECCIÓN DEL INFORME
	OBJETIVOS
	
	MARCO TEÓRICO
	
	PROCESAMIENTO DE DATOS
	
	RESULTADOS
	
	CONCLUSIONES
	
	RECOMENDACIONES
	
	BIBLIOGRAFÍA
	
	TOTAL/10
	
NOTA FINAL
	INFORME
	
	PREPARATORIO, COLOQUIO Y PARTICIPACIÓN
	
	TOTAL/10
	
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
LABORATORIO DE CONTAMINACIÓN DE SUELOS
 
Práctica N° 4
Tema: Granulometría por Hidrómetro
Instructor: Jonathan Parra
Estudiantes: 
· Steven Ontuña
· Kevin Valencia
Horario: 09:00 a 11:00 am
14 de diciembre de 2017
3 de enero de 2018
INTRODUCCIÓN
El conocimiento de la distribución granulométrica constituye uno de los parámetros más importantes, recalcando principalmente en su uso como material para plataforma o carreteras, como las bases hidráulicas, las cuales requieren de cierta cantidad de cada tamaño de material.
Otro ejemplo es el uso de materiales granulares para filtros en las presas o cualquier estructura que se desee proteger ante el ataque del agua, en estos se presentan especificaciones que hacen alusión al tamaño de granos de la muestra. La distribución granulométrica ha sido una especie preámbulo acerca de las posibles propiedades mecánicas, en la actualidad estas suposiciones de propiedades solo aplican para materiales gruesos, tal es el caso de muestras que presentan una gran variedad de tamaños, se tienen mejores comportamientos ingenieriles.
OBJETIVOS
· Describir de forma detallada el método para determinar la distribución granulométrica del porcentaje de partículas finas existentes en una muestra de suelo.
· Comprender el manejo hidrómetro y sus posibles aplicaciones en el análisis de soluciones de suelos
MARCO TEÓRICO
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. La ley fundamental de que se hace uso en el procedimiento del hidrómetro es debida a Stokes y proporciona una relación entre la velocidad de sedimentación de las partículas del suelo en un fluido y el tamaño de esas partículas. Y para esto se utilizará un instrumento llamado hidrómetro.
HIDRÓMETRO
Es un instrumento que sirve para determinar la densidad relativa de los líquidos sin necesidad de calcular antes su masa y volumen. Normalmente, está hecho de vidrio y consiste en un cilindro hueco con un bulbo pesado en su extremo para que pueda flotar en posición vertical basado en el principio de Arquímedes. Tiene un lastre de mercurio en su parte inferior (que le hace sumergirse parcialmente en el líquido) y un extremo graduado directamente en unidades en densidad. El nivel del líquido marca sobre la escala el valor de su densidad
· Para establecer la corrección de altura por caída se recurre a la siguiente tabla que depende del hidrómetro del laboratorio:
Tabla N°1.- Formula correspondiente al tipo de Hidrómetro
	Hidrómetro Nº
	H (cm)
	69277
	16.9 - 0.27 RH
	69821
	17.5 - 0.27 RH
	69838
	16.9 - 0.27 RH
· Para dar el valor de la corrección por temperatura se usa la tabla:
Tabla N°2.- Corrección por temperatura
	Tº mT
	Tº mT
	Tº mT
	14.0 - 0.9
	19.0 -0.2
	24.0 + 0.8
	14.5 - 0.8
	19.5 -0.1
	24.5 + 0.9
	15.0 - 0.8
	20.0 0.0
	25.0 + 1.0
	15.5 - 0.7
	20.5 +0.1 
	25.5 + 1.1
	16.0 - 0.6
	 21.0 +0.2
	26.0 + 1.3
	16.5 - 0.6
	21.5 +0.3
	26.5 + 1.4
	17.0 - 0.5
	22.0 +0.4
	27.0 + 1.5
	17.5 - 0.4
	22.5 +0.5
	27.5 + 1.6
	18.0 - 0.4 
	23.0 +0.6
	28.0 + 1.8
	18.5 - 0.3
	23.5 +0.7
	28.5 + 1.9
· Datos de la viscosidad dinámica del agua (n) a cierta °T
Tabla N°3 .- Viscosidad del agua 
	T °C
	 
	10
	1.3335
	11
	1.2959 
	12
	1.2602
	13
	1.2261
	14
	1.1936
	15
	1.1625 
	16
	1.1326
	17
	1.1038
	18
	1.0764
	19
	1.0498 
	20
	1.0245
	21
	1.0000
	22 lol
	0.9765
	23
	0.9539 
	24
	0.9319
	25
	0.9116
EQUIPOS Y MATERIALES
Balanza.- Debe tener una precisión de 0.05 g.
Horno.- De temperatura constante (110 ºC±5º C) con ventilación
Batidora, Agitador magnético, Hidrómetro calibrado.
Defloculante. - Hexametafosfato de sodio
Probetas.- Al menos de 1000 cm3 (Necesarias para la muestra de suelo y para colocar el hidrómetro durante el ensayo)
Materiales. - Será requerirá, además de la muestra de suelo, el uso de termómetro, cronómetro, piseta, vaso de precipitación y un tapón de goma.
PREPARACIÓN DE LA MUESTRA.
Del material fino que ha pasado la malla No. 200 pesar una cantidad de 50 g. y hasta 100 g. si el suelo contiene arena fina o no ha sido cribado en la malla No. 200.
PROCEDIMIENTO
1.- El ensayo se iniciará con la corrección por menisco, la cual se mide introduciendo el hidrómetro en una probeta con agua, lo que flote o se hunda a partir de la línea cero del hidrómetro corresponderá al valor Cm.
2.- A continuación se realizará la corrección por defloculante que iniciará al añadir 10g de hexametafosfato de sodio a 250ml de agua en un vaso de precipitación y mezclar la mitad de esto con el suelo. / Es recomendable hacer la mezcla en dos partes separadas.
3.- Se introduce el hidrómetro en una probeta de 1000 cm3 con agua, haciendo la lectura con agua y con la cantidad de defloculante utilizado. La de lectura registrada es la corrección Cd.
4.- Colocar la suspensión y el resto de la solución en una probeta Boyoucus y completar su volumen con agua.
5.- Cubrir la probeta con el tapón y agitar la mezcla con giros de 180° C en un plano vertical durante 1 minuto.
6.- Transcurrido el tiempo, dejar la probeta sobre una mesa fija y poner a andar el cronómetro
7.- Sumergir el hidrómetro hasta que comience a flotar y dejarlo permanecer en la suspensión durante 2 minutos, tomando lecturas a los 30, 60, 90 y 120 segundos y registrándolas en el formulario.
8.- Retirar el hidrómetro y colocarlo en una probeta con agua limpia en donde se tomará la temperatura de la suspensión.
9.- Repetir el procedimiento anterior hasta que estos valores no varíen.
10.- A continuación se tomarán únicas lecturas a los 5, 10, 15, 20 y 30 minutos y a la 1, 1.5, 2, 3, 8, 24, 42 horas.
11.- El hidrómetro debe permanecer en una probeta de agua limpia junto a la del ensayo para que mantenga la misma temperatura.
12.- Las probetas deben permanecer tapadas para evitar evaporación y depositación de polvo.
 PROCESAMIENTO DE DATOS
DATOS OBTENIDOS
Tabla N°4.- Datos Obtenidos
	# Hidrómetro
	ASTM1524
	Densidad del suelo
	1.15 g/cm3
	Solución del suelo
	100 g
	Diámetro de la Probeta
	7,4 cm
	Volumen válvula Hidrómetro
	55 cm3
	Medidas Hidrómetro
	Parte superior = 16,5 cm
Parte inferior = 6,9 cm
Además los datos de gravedad específica y contenido de humedad corresponden respectivamente a: Gs=2,50; %W=8.46
Tabla N°2.- Solución del suelo con Hidrómetro
	Tiempo (min)
	Medida
	T° solución (°C)
	T° Defloculante (°C)
	1
	57
	18
	16,7
	2
	53
	18
	17
	4
	49
	18
	17
	15
	43
	18
	17
	30
	39
	19
	18 corrección 5
	60
	35,5
	18,5
	18
	120
	31
	17,2
	18
	240
	28,5
	19
	19
	24 (hrs)
	23
	19,2
	19
Datos Iniciales
	Agua ; corrección por menisco
	1
	Hexametafosfato; corrección por defloculante
	4,5 
	T° (°C) Defloculante
	16,7
Tabla N°5.- Tamizado
	N° Tamiz
	Pasa (g)
	4
	11,447
	10
	36,119
	20
	1,661
	40
	0,152
	100
	0,138
	200
	0,686
CÁLCULOS
· Corrección por menisco: El dato corresponde al valor de cm (corrección por altura de caída) y es de 1mm.
· Corrección por defloculante: Su valor (cd) corresponde a la variación de medidas que presentan los niveles de los líquidos en comparación con el hidrómetro, su valor es de 4.5mm a la temperatura de 18.2ºC. 
1.- Para calcular el R´H utilizamos la siguiente ecuación.
R´H = lectura sobre el menisco + corrección del menisco
ejemplo:
Para tiempo 1min ; 
2.- Para calcular H (cm) utilizamos la ecuación característica del hidrómetro.
	Hidrometro N°
	H (cm)
	69277
	16,9 - 0,27 R´H
donde R´H sera el valor calculado anteriormente correspondiente a cada tiempo.
Ejemplo:
Para 1min
16,9 -0,27(56) 
1,78 cm
3.- Para el cálculo de la velocidad de caída, se encuentra relacionada por la siguiente fórmula:Ejemplo:
Para 1min
4.- Para el cálculo del diámetro se utiliza la siguiente ecuación:
donde:
n = Viscosidad dinámica del agua. ( se puede encontrar en la Tabla N°3)
v = velocidad de caída
Gs = Gravedad especifica. (Calculada en la práctica N°2)
= densidad del agua a °T correspondiente
Ejemplo:
Para tiempo 1min a 18 °C
5.- y por último para el cálculo del porcentaje que pasa, corresponde a la ecuación:
ejemplo:
Para tiempo 1min
Donde: 
mt = corresponde a la corrección de °T (se encuentra en la tabla N°2)
RESULTADOS
	Tiempo [ min]
	Lectura [ RH`]
	RH (RH=RH`+Cm)
	H [ cm]
	Velocidad (cm/s)
	Diámetro (mm)
	% que pasa (%)
	1
	57
	56
	1,78
	0,0296
	0,0195
	85,09
	2
	53
	54
	2,32
	0,0193
	0,0157
	81,76
	4
	49
	50
	3,4
	0,014
	0,0134
	75,1
	15
	43
	44
	5,02
	5,57x
	8,47
	65,11
	30
	39
	44 ( se suma 5 por la correción)
	5,02
	2,78x
	5,91
	65,44
	60
	35,5
	36,5
	7,045
	1,95x
	5,01
	52,6
	120
	31
	32
	8,26
	1,147x
	3,89
	44,96
	240
	28,5
	29,5
	8,935
	6,204x
	2,79
	41,296
	24 (hrs)
	23
	24
	10,42
	2,01x
	1,58
	32,13
Gráfica de la curva granulométrica %Pasa vs Diametro
CONCLUSIONES
· El uso del hidrómetro para medir granulometría es más complejo que los métodos de tamizado anteriores, involucra mayor cantidad de medidas relacionadas a la temperatura y densidades ambientales que cambian para cada práctica; aún así también es más preciso, muestra además de la clasificación del suelo por granulometría la velocidad de caída, las variaciones de temperaturas entre la muestra y el defloculante y sus posibles correcciones.
· El hidrómetro presenta mayor utilidad para determinar el porcentaje de partículas en suelos dispersados, que permanecen en suspensión en un determinado tiempo. Se usa en ensayos que requieran mejor precisión con suelos de diámetro muy pequeño
· Se puede usar el método del hidrómetro para conocer otras características de una muestra de suelos a más de su granulometría, como el diámetro promedio de sus partículas, la velocidad de caída de estas o la temperatura en la que la mezcla reacciona más eficazmente
RECOMENDACIONES
· Al realizar la mezcla acuosa y el transporte de sustancias, especialmente del suelo, se debe tener cuidado en limpiar los bordes de los recipientes para no perder masa inicial de suelo y evitar cálculos en el contenido de humedad
· Se recomienda tener cuidado en la medición de la temperatura, ubicándose perpendicularmente a la medida del menisco de la columna de mercurio del termómetro
· Después de cada medición con el hidrómetro en una sustancia líquida se generan turbulencias producto del choque con el equipo, por ellos se recomienda esperar 1 minuto al menos antes de realizar la medición
 
BIBLIOGRAFÍA
· Gabriels, D., & Lobo, D. (2011). Métodos para determinar granulometría y densidad aparente del suelo. Venesuelos, 14(1), 37-48. Recuperado de: http://venesuelos.org.ve/index.php/venesuelos/article/view/104
· García Trejo, S. L., & Ramírez López, M. O. (2006). Propuesta de un manual de laboratorio de mecánica de suelos conforme a la Norma ASTM 2003 (Doctoral dissertation, Universidad de El Salvador).
· Standard, A. S. T. M. D854. 2014. Standard test methods for Particle – Size Analysis of soils; ASTM International, West Conshohocken, Pa.