metodo-del-hidrometro.docx

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Practica N° 1  Análisis Granulométrico Granulométrico por por Método del Hidrómetro Hidrómetro I. Objetivos 

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Determinar la distribución distribución de tamaños de las partículas partículas de la muestra de un suelo que pase el tamiz N°200. Reconocer el funcionamiento funcionamient o básico de un hidrómetro y su aplicación en la granulometría granulometr ía para fracciones finas, así como analizar el principio de la Ley de Stokes. Representar la distribución distribució n de los tamaños de la fracción en una curva granulométrica granulomét rica para su fácil interpretación. interpretación. Por medio de este método de prueba, el estudiante podrá cubrir las determinaciones determinacione s cuantitativas de la distribución de tamaño de las partículas de las fracciones finas de los suelos. Con la información de este laboratorio, el estudiante podrá completar la curva granulométrica. granulométr ica.

II. Fundamento teórico El método más usado para hacer la determinación indirecta de porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200 (0.075 mm.), hasta 0.001 mm, es el HIDRÓMETRO 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 suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del 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 específico 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 defloculante se añade a la solución para neutralizar las cargas sobre las partículas más pequeñas del suelo, que a menudo tienen carga negativa. El hidrómetro determina la gravedad específica de la suspensión AGUA - SUELO en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aún 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 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.

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Para preparar una respectiva muestra debemos meter a una batidora la muestra con una cantidad de agua. El principal objetivo del análisis del hidrómetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentaje 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 fracción de suelo cohesivo del suelo dado depende principalmente del 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 viscosidad del fluido, en la forma expresada por el físico Ingles G. G. Stokes en la ecuación conocida como la ley de Stokes:

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 el término de velocidad v, conocer los correctos valores de Ys y Yw y tener acceso a la tabla de viscosidad del agua.

Como el peso específico del agua y su viscosidad varían con la temperatura, es evidente que esta variable debe ser también considerada.

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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. Aplicación a la ingeniería La granulometría de un suelo le brinda al ingeniero la información suficiente para saber cómo y en donde trabajar con determinado tipo de suelo, por ejemplo en el momento de hacer una base o sub base para un camino, es necesario saber sus propiedades entre ellas la del tamaño.

IV. Equipo utilizado   Hidrómetro Balanza con aproximación de 0.01g Probeta Boyoucus de 1000 cm3   Espátula   Termómetro   Cronómetro   Pipeta   Piseta Agente defloculante(hexametafosfato defloculante(hexametafosfato de sodio) Cápsulas metálicas Horno de temperatura constante 110°C Tapón de hule   Matraz

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V. Procedimiento Procedimiento experimenta 

Realizar la corrección por menisco Cm el método es tomar la medida del del hidrómetro solo en agua. Y así obtener el Cm

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En otra probeta o cilindro de vidrio para sedimentación, verter verter los 125ml de solución deflouclante, el volumen restante de la probeta será ocupado por agua destilada.

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Introducir el hidrómetro en la solución, solución, luego tomar la lectura de la parte superior del del menisco y esta sería la corrección por cero Cd. En el caso de tener un suelo arenoso arenoso se debe tomar una una muestra de 100gr 100gr mínimo, en caso de tener limos y arcillas se debe tomar una muestra de 50gr mínimo; en ambos casos la muestra debe estar seca. Pesar 50gr de suelo suelo que que hayan hayan pasado el tamiz tamiz No. 200. 200.

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Pesar 5.0 gr de defloculante y medir 125 ml de agua agua destilada, mezclar ambos y agitar.

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Mezclar la solución con la muestra, dejar dejar reposar para que el defloculante defloculante penetre penetre en la muestra, en arenas se reposa entre 2 a 4 horas, en arcillas y limos 24 horas

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Se vierte la mezcla en el cilindro de sedimentación, se añade agua destilada destilada hasta completar 1000 ml. Se agita el cilindro con la mano se de hacer 90 ciclos aproximadamente o por un minuto.

Inmediatamente colocamos el hidrómetro y empezamos empezamos a registrar los valores del hidrómetro para tiempos de 30, 60,90 y 120 segundos.

  Repetimos el procedimiento anterior hasta obtener resultados semejantes, continuamos tomando datos para 5,10,15,20,30 minutos y 1, 1.30,2,2.30,24 y 48 horas Registramos la temperatura en cada medición medición ya q esta variara variara con el paso del tiempo.

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VI. Cálculos 

Corrección por temperatura (Ct):

Temp °C 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30



Ct -1.1 -0.9 -0.7 -0.5 -0.3 0 0.2 0.4 0.7 1 1.3 1.65 2 2.5 3.05 3.8

Lectura del hidrómetro corregido (Rc):

Dónde:

 =  −  + 

Rc= Lectura del hidrómetro corregido Rd= Lectura del hidrómetro Cd= Lectura del hidrómetro en agua más m ás defloculante Ct= Corrección por temperatura



Calculo del porcentaje más fino, P (%):

Dónde:

(%) = Rc ∗Wsa ∗ 100

Rc= Lectura de hidrómetro corregido LABORATORIO DE ING. DE MATERIALES CERAMICOS I- MAG. ING LUIS LAZO ALARCON

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a = Corrección por gravedad gravedad especifica especifica Ws= Peso específico de la muestra Gs= Peso específico de solidos

6 5)  =  Gs(1. (Gs − 1)2.65



Lectura del hidrómetro corregido solo po menisco(R):

Dónde:

 =  + 

R = lectura del hidrómetro corregido por menisco Rd= Lectura del hidrómetro Cm= Lectura del hidrómetro en agua 

Calculo de la longitud de hidrómetro (L):



Calculo del valor L/t:

() (min)

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Calculo del valor de K puede hallarse de la siguiente tala, en función de la temperatura y el peso específico de solidos:

Ahora podemos encontrar el diámetro equivalente:

 = √  

Graficar P (%) vs Diámetro (mm).

Usar pape logarítmico y aplicar métodos numéricos de optimización si es necesario

I-

Cuestionario 1) Explique la ley de Stokes 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 en  1851 por  George  George Gabriel Stokes. En Stokes.  En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. Para los objetos muy pequeños domina la fuerza de rozamiento. La ley de Stokes nos da dicha fuerza para una esfera: Fr= 6πηvr, donde r es el radio de la esfera. Cuando

una disolución precipita, la velocidad de sedimentación está determinada por la ley de Stokes y vale:

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2) Explique las diferencias del del hidrómetro 151 H y 152 H Hidrómetro 151 H:

La escala tiene valores de peso específico que van de 0.995 a 1.038 y estará calibrado para leer 1.00 en agua destilada a 20 °C (68°F). Hidrómetro 152 H

En el otro caso la escala tiene valores de gramos de suelo por litro (g/l) que van de -5 á+ 60 y está calibrado para el supuesto que el agua destilada tiene gravedad específica de 1.00 a 20 °C (68 °F) y que el suelo en suspensión tiene un peso específico de 2.65. Las dimensiones de estos hidrómetros son las mismas; sólo varían las escalas. 3) ¿Qué información aporta una curva granulométrica? granulométrica?

Es una representación gráfica de los resultados obtenidos obtenidos en un laboratorio un  laboratorio cuando se analiza la estructura 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 se 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. 4) ¿Por qué en la naturaleza se puede encontrar encontrar suelos con con diferentes tamaños de grano?

Se da porque 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.

El suelo es una mezcla de diferentes tamaños de partículas de roca y ocasionalmente puede tener materia orgánica. La textura t extura y propiedades físicas del suelo dependerán

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del tamaño de ellas. Mayores tamaños de partículas significará mayor espacio entre ellas, resultando un suelo más poroso; menor tamaño de partículas tendrán menor espacio entre ellas dificultando el paso del aire y el agua, por lo tanto este suelo será menos poroso. poroso. Los tamaños de grano se han clasificado con base en las dimensiones dimensiones dada en determinados estándares. 5) ¿Cuál es la función del dispersante? dispersante?

La función es 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. 6) Tipos de dispersantes usados comúnmente

 Actualmente se utilizan utilizan dos tipos tipos de dispersantes: dispersantes: 

Dispersantes a base de hidrocarburo o dispersantes convencionales:

Tienen una base de solvente de hidrocarburo y entre un 15% y un 25% de surfactante. Deben ser aplicados directamente en el hidrocarburo, sin diluir con agua de mar ya que los vuelve menos eficaces. Las fórmulas actuales actuales de los dispersantes de este tipo, conocidas como “de segunda generación” tienen un solvente sin compuestos aromáticos tóxicos, como los que usaban los “de primera generación”. 

Dispersantes concentrados o auto-mezclantes: auto-mezclantes:

Tienen solventes hidroxilados miscibles en agua, como glicol o alcoholes, e hidrocarburos. Por lo general contienen una mayor concentración de componentes surfactantes (> 50%). 50%).

Estos productos productos “de tercera generación” se aplican aplican preferentemente puros pero pueden diluirse con agua de mar (5  – 10%) antes de ser

rociados. Las tasas de aplicación aplicación por lo general general varían varían entre 1:5 y 1:30 (dispersante (dispersante puro/hidrocarburo). Tanto los dispersantes concentrados diluidos con agua de mar como los dispersantes de base de hidrocarburo, necesitan ser mezclados mezclado s a fondo con el hidrocarburo después despu és de la aplicación para producir una dispersión 7) ¿Qué aplicabilidad desde desde el punto de vista práctico práctico tiene el análisis granulométrico?

Su aplicación se basa con fines de análisis, tanto de su origen como de sus propiedades mecánicas, y el cálculo de la abundancia de los correspondientes a cada uno de los tamaños previstos por una escala granulométrica. LABORATORIO DE ING. DE MATERIALES CERAMICOS I- MAG. ING LUIS LAZO ALARCON

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8) Aplicaciones en la ingeniería

Otra aplicación que nos pueda dar el análisis granulométrico sería el de analizar las diferente muestras para ver si existe algún tipo de material valioso ya sea oro, plata, cobre etc. 9) Explique por qué se puede puede medir tamaño de grano usando usando una prueba basada en la densidad.

Se puede utilizar debido a que todo cuerpo posee una densidad dada, en este caso los tamaños de grano también se relacionan con la densidad jugando un papel importante el agua o medio que lo acobije 10) Realice un diagrama diagrama de flujo de la parte experimental(use experimental(use fotografías)

inicio

Obtención de una muestra de 50 gr atreves del tamiz Nº 200

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UNIVERSIDA NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES  Agregar el dispersante (8 ml) para 1000ml de agua agua en los tubos

Mezclar el dispersante con el agua, luego añadir la muestra del suelo al tubo (a), agitar la probeta hasta hasta la total homogenización.

 Añadir agua ha ambos tubos hasta los 1000ml de agua.

Insertamos el hidrómetro y luego tomamos los valores en el intervalo de tiempo.

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Hacemos una comparación de la medida del hidrómetro luego evaluamos el factor cero de corrección

FIN

DATOS Y GRAFICOS

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0.014    A 0.012    L    U    C 0.01    I    T    R 0.008    A    P    A 0.006    L    E    D 0.004    O    R 0.002    T    E 0    M    A 0    I    D-0.002

-0.004

R² = 0.8071

Series1 Linear (Series1)

20

40

60

80

PORCENTAJE MAS FINO

 AJUSTE DE CURVAS LINEAL

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0.012

0.01

0.008

Series1

0.006

Series2 0.004

Linear (Series2)

0.002

0 0

10

20

30

40

50

60

70

-0.002

-0.004

POTENCIAL

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UNIVERSIDA NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES 50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0

10

20

30

40

50

60

POLINOMIAL LABORATORIO DE ING. DE MATERIALES CERAMICOS I- MAG. ING LUIS LAZO ALARCON

70

UNIVERSIDA NACIONAL DE SAN AGUSTIN ESCUELA DE INGENIERIA DE MATERIALES 50 45 40 35 30 Series1

25

Series2 20 15 10 5 0 0

II-

10

20

30

40

50

60

70

Conclusiones 





Las partículas de diatomita eran demasiado pequeñas por lo cual descartamos hacer el análisis granulométrico por tamizado y hicimos el método del hidrómetro ya que este mide la gravedad especifica de la suspensión agua-suelo en el centro del bulbo; lo que por medio de unas correcciones. Los hidrómetros están calibrados para hacer la lectura al nivel libre del líquido. Al formarse el menisco alrededor del vástago, la lectura correcta no puede hacerse, ya que las suspensiones de suelo son transparentes, por lo que se necesita leer donde termina el menisco y corregir la lectura sumando la altura del menisco. El ensayo de Hidrómetro Hidrómetr o se basa en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido; sirve para la determinación de la variación de la densidad de la suspensión con el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del gramo de tamaño más grande correspondiente a la densidad media.

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III-

Recomendaciones La curva granulométrica hace referencia únicamente a la fracción fina de la muestra, puesto que el ensayo realizado fue únicamente el de granulometría por hidrómetro, para construir una curva granulométrica completa es necesario el análisis granulométrico por tamizado.

IV-

Bibliografía   

INVIAs. (2007). I.N.V.E.-124-07., (págs. 1-20). Bogotá. AASHTO T 88-00 (2004) ASTM D 422-63

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