Guia
de
laboratorio GeotĂŠcnia
Hidro Introducción
El ensayo de hidrometría determina la distribución de los suelos de grano fino o materiales que pasan el tamiz No. 200. Ésta prueba, se basa en la ley de Stokes quien supuso que las partículas de suelo caen en el agua como esferas debido a su peso. (Bardet, 1997)
metrĂa
Aplicación El ensayo de hidrometría, es una de las pruebas que se realiza para la clasificación de una muestra de suelo. Ésta, tiene en cuenta los materiales que pasan el tamiz No 200 (material fino) (Bardet, 1997)
Herramientas de trabajo. Equipo básico
Hidrómetro Probeta Termómetro de inmersión. Cronómetro. Baño de agua. Varilla de vidrio. Recipiente. Materiales
Agua. Agente dispersante. Muestra representativa de suelo.
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Procedimiento Inicialmente, se coloca la muestra de suelo en un envase de 250ml y se sumerge totalmente con agua destilada, ahora, se coloca el agente dispersante (125ml de hexametafosfato de sodio). Esta mezcla se deja durante toda la noche para desintegrar completamente los terrones de suelo. (ASTM D422, 2007) Al día siguiente, se lleva la muestra a un vaso de disipación en donde se mezcla muy bien el suelo con el agua destilada de la noche anterior. Posteriormente, se coloca la mezcla en un cilindro de sedimentación de 1000ml, éste se tapa y se agita durante 1 minuto para remover los sedimentos del fondo. A continuación, se coloca el cilindro sobre una mesa alejado de los agentes que pueden cambiar la temperatura de la muestra. Paso seguido, se corre el cronometro, y al mismo tiempo, se introduce el hidrómetro en la suspensión, evitando perturbar la misma. (ASTM D422, 2007) Se realizan lecturas del hidrómetro y el termómetro a 1, 2, 5, 15, 30, 60, 120,250, y 1140 minutos (este valor se lee en el tope del menisco). Es importante que después de cada lectura, se limpie el hidrómetro con agua limpia.(ASTM D422, 2007) Por otro lado, para este ensayo, es necesario conocer la masa de la muestra. Esto se determina secando la muestra en un horno, dejándola enfriar y finalmente pesándola en una balanza. Este valor se puede determinar al inicio o al final del ensayo. (ASTM D422, 2007)
1 2 5 15 30 60 120 250 1140 1 2 5 15 30 60 120 250 1140
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Minutos
Explicación Durante la ejecución del ensayo se deben registrar, entre varios datos, el periodo de sedimentación, temperatura de la toma y lectura del hidrómetro, para con ello calcular el diámetro de las partículas que no fueron retenidas por el tamiz No. 200 en el proceso de lavado de la muestra. Para calcular el diámetro se emplea la Ecuación 1. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016)
Posteriormente se procede a determina K. Constante que depende del valor de la gravedad específica de la muestra y de la temperatura registrada en cada suspensión. Este valor K puede ser obtenido con ayuda de la Tabla 1. Tabla 1. Valores de K para el cálculo del diámetro de partículas. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016)
D=K*√(L/t) Ecuación 1 Donde:
•D: Diámetro de las partículas en mm. •K: Constante. •L: Distancia o Profundidad efectiva entre la superficie de la suspensión y el nivel al cual se mide la densidad en cm. •T: Periodo de sedimentación en min. Primeramente para determinar el diámetro se debe hacer una corrección por temperatura, la cual se hace con la Ecuación 2, para hidrómetro 152H. (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016)
A continuación se estima L o profundidad efectiva, el cual depende del tipo de hidrómetro (151H o 152H) y cilindro de tamaños especificados. L puede ser determinado con ayuda de la Tabla 2, Tabla 3, Tabla 4, Tabla 5 y Tabla 6.
C.T=(0,2548*T)-4,9671 Ecuación 2 Donde:
•C.T: Corrección por Temperatura. •T: Temperatura en oC.
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Tabla 2. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H51. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) Hidrómetro H51 Profundidad Lectura Real del Efectiva, L Hidrómetro (cm) 1
16,3
1,001
16,0
1,002
15,8
1,003
15,5
1,004
Tabla 3. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H51 continuación. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) Hidrómetro (Continuación)
H51
Profundidad Lectura Real del Efectiva, L Hidrómetro (cm)
Tabla 4. Profundidad Efectiva L para Hidrómetro H52. Fuente: (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) Hidrómetro H52 Profundidad Lectura Real del Efectiva, L Hidrómetro (cm) 0,0
16,3
1,0
16,1
2,0
16,0
1,03
8,4
15,2
1,031
8,1
3,0
15,8
1,005
15,0
1,032
7,8
1,006
14,7
4,0
15,6
1,007
14,4
1,033
7,6
5,0
15,5
1,008
14,2
1,034
7,3
6,0
15,3
1,009
13,9
1,035
7,0
7,0
15,2
1,036
6,8
8,0
15,0
6,5
9,0
14,8
10,0
14,7
6,2
11,0
14,5
12,0
14,3
13,0
14,2
14,0
14,0
15,0
13,8 13,7
1,01
13,7
1,011
13,4
1,012
13,1
1,037
1,013
12,9
1,038
1,014
12,6
1,015
12,3
1,016
12,1
1,017
11,8
1,018
11,5
1,019
11,3
16,0
1,02
11,0
17,0
13,5
1,021
10,7
18,0
13,3
1,022
10,5
19,0
13,2
1,023
10,2
20,0
13,0
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Tabla 5 . Profundidad Efectiva L para HidrĂłmetro H52 continuaciĂłn. Fuente: (Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016) HidrĂłmetro (continuaciĂłn)
H52
Profundidad Lectura Real del Efectiva, L HidrĂłmetro (cm) 21,0
12,9
22,0
12,7
23,0
12,5
24,0
12,4
25,0
12,2
26,0
12,0
27,0
11,9
28,0
11,7
29,0
11,5
30,0
11,4
31,0
11,2
32,0
11,1
33,0
10,9
34,0
10,7
35,0
10,6
36,0
10,4
37,0
10,2
38,0
10,1
39,0
9,9
40,0
9,7
41,0
9,6
42,0
9,4
43,0
9,2
Tabla 6. Profundidad Efectiva L para HidrĂłmetro H52 continuaciĂłn. Fuente: (Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016)
HidrĂłmetro (continuaciĂłn)
H52
7,9
52,0
7,8
53,0
7,6
54,0
7,4
55,0
7,3
56,0
7,1
57,0
7,0
58,0
6,8
59,0
6,6
60,0
6,5
= SuspenciĂłn
% đ?‘† đ?‘˘ đ?‘’ đ?‘™đ?‘œ
Donde:
Profundidad Lectura Real del Efectiva, L HidrĂłmetro (cm) 51,0
DespuĂŠs de calcular el diĂĄmetro de las partĂculas se procede a calcular el porcentaje de suelo en suspensiĂłn, como se muestra en la EcuaciĂłn 3: (Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016) (đ?‘… -
C.T ( ∗ đ?›ź ∗ 100 W0
đ??śd +
EcuaciĂłn 3:
•R: Lectura del HidrĂłmetro en (g/l). •Cd : Lectura del HidrĂłmetro en agua destilada con defloculante (la cual fue realizada al inicio del ensayo). •C.T: CorrecciĂłn por temperatura. •ι: Factor de correcciĂłn por G_S. •W0 : Masa corregida por humedad higroscĂłpica. El Peso corregido por humedad higroscĂłpica se determina de la siguiente manera en la EcuaciĂłn 4 (para HidrĂłmetro H52): (Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016)
wo = w _ (W * MM -M-M ) EcuaciĂłn 4: s h
h c
Donde:
•W: Masa seca de la muestra al aire gramos. •M s : Masa seca de la muestra y recipiente a 60 oC en gramos. •M h : Masa seca de la muestrao y recipiente en horno a 110¹ 5 C gramos. •M c: Masa del recipiente en gramos.
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en el el en
El factor de corrección por Gs , se estima como la Ecuación 5 (para Hidrómetro H52): (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) α=(0,119* Gs2 ) - (0,8595* Gs2 )+2,4413 Ecuación 5:
Finalmente se calcula el porcentaje de totales pasantes P, lo cual se determina como en la Ecuación 6 (para Hidrómetro H52): (Instituto Nacional de Vías, INVIAS, 2016) P=
% Suelo Suspención* Pasa#200
100
Ecuación 6:
Donde:
•Pasa#200: Masa de muestra resultante en el tamiz No. 200 después del tamizado en gramos. Una vez obtenidos los diámetros y el porcentaje que poseen dentro de la muestra de suelo de grano fino, se establece la distribución del tipo de suelo (limo o arcilla) dependiendo el diámetro de las partículas.
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LABORATORIO DE GEOTECNÍA HIDROMETRÍA INFORME DE ENSAYO Responsable: Docente:
Descripción :
Fecha de ensayo:
Ejemplo de resultado
Tabla No. 1 . Datos de entrada.
Humedad higroscópica (%)
0.042
Recipiente No.
12.44
Peso seco a 60ºC + recipiente (g)
28.49
Peso seco al horno (110+/-5ºC) muestra + recipiente (g)
27.84
Peso Seco de la muestra al aire (W)
60.00
Peso corregido por humedad higroscópica (Wo)
57.5
Gravedad Específica (Gs)
2.65
Factor de Correción por Gs (α)
0.998
% Pasa Tamiz de 2.0mm (No.10)
100.0
Corrección por Defloculante y por punto cero
0.0
(Cd)
6.0
Ct (g/l)
0.0
Tabla No. 2. Análisis Granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 2.0 mm (No10) Temperatura (°C):
19.9
Hidrómetro:
Dispositivo de dispersión o aparato agitador: Periodo de sedimentación t (min)
Temperatura (°C)
Corrección por temperatura
152-h A Lectura del Hidrómetro R (g/l)
Lectura del hidrómetro en agua con defloculante: Duración del período de dispersión (min): K
L(cm)
6 1
Diámetro partículas (mm) D K
L t
(%) De suelo en suspensión
(%) Totales Pasantes
2
20.3
0.2
45.0
0.0
8.9
0.02865
68.11
68.11
5
20.2
0.2
42.0
0.0
9.4
0.01865
62.86
62.86
15
20.3
0.2
37.0
0.0
10.2
0.01120
54.21
54.21
30
20.3
0.2
34.0
0.0
10.7
0.00811
49.00
49.00
250
20.6
0.3
29.0
0.0
11.5
0.00290
40.45
40.45
1440
19.7
0.1
21.0
0.0
12.9
0.00130
26.15
26.15
OBSERVACIONES:
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LABORATORIO DE GEOTECNÍA HIDROMETRÍA INFORME DE ENSAYO Responsable: Docente:
Descripción :
Fecha de ensayo:
Formato ripo reporte
Tabla No. 1 . Datos de entrada.
Humedad higroscópica (%) Recipiente No.
Peso seco a 60ºC + recipiente (g) Peso seco al horno (110+/-5ºC) muestra + recipiente (g) Peso Seco de la muestra al aire (W) Peso corregido por humedad higroscópica (Wo) Gravedad Específica (Gs) Factor de Correción por Gs (α) % Pasa Tamiz de 2.0mm (No.10) Corrección por Defloculante y por punto cero (Cd) Ct (g/l)
Tabla No. 2. Análisis Granulométrico de la fracción que pasa el tamiz de 2.0 mm (No10) Temperatura (°C):
Hidrómetro:
Lectura del hidrómetro en agua con defloculante:
Dispositivo de dispersión o aparato agitador: Periodo de sedimentación t (min)
Temperatura (°C)
Corrección por temperatura
Duración del período de dispersión (min): Lectura del Hidrómetro R (g/l)
OBSERVACIONES:
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K
L(cm)
Diámetro partículas (mm) D K
L t
(%) De suelo en suspensión
(%) Totales Pasantes
Consulta de fuentes bibliogrĂĄficas SegĂşn el diĂĄmetro de las partĂculas analizadas en el ensayo de hidrometrĂa se puede determinar a quĂŠ tipo de suelo de grano fino pertenece y completar la granulometrĂa iniciada con el proceso de tamizado. En este caso se pueden observar los intervalos dentro de los cuales se espera clasificar la muestra en la Tabla 7(Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016): Tabla 7. ClasificaciĂłn del suelo segĂşn el diĂĄmetro de las partĂculas analizadas en el ensayo de HidrometrĂa. Fuente: (Instituto Nacional de VĂas, INVIAS, 2016) ClasiďŹ caciĂłn del Suelo Limo
DiĂĄmetro (đ?œ‡m
Arcilla
5-1
Coloides
<1
75 - 5
Referencias ASTM D422. (2007). Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils. United States. Bardet, J.-P. (1997). Experimental Soil Mechanics. United States. Instituto Nacional de VĂas, INVIAS. (2016). DescripciĂłn e IdentificaciĂłn de suelos (Procedimeinto Visual y Manual). I.N.V.E - 123. BogotĂĄ D.C.
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