112748330 Analisis Granulometrico Por Sedimentacion

7/27/2019 112748330 Analisis Granulometrico Por Sedimentacion

1/21

ANLISIS GRANULOMETRICOMTODO DEL HIDRMETROReferenciasAASHTO T87-70 y T-88-70ASTM D421-58 y D422-63

Equipo Cilindro de sedimentacin (cilindro de 1000 cm3), tambin conocido como cilindro de

hidrmetro. Hidrmetro (modelo 152 H preferiblemente) Aparato para dispersar el suelo (batidora). Agente dispersivo Hexametafosfato de sodio (NaPO3), cuyo nombre comercial es Galgn, o

silicato de sodio (Na2 SiO3) tambin llamado vidrio lquido. Un bao de temperatura controlada para el cilindro del hidrmetro (opcional). Termmetro

Discusin GeneralEl anlisis de hidrmetro es un mtodo ampliamente utilizado para obtener un estimado de ladistribucin granulomtrica de suelos cuyas partculas se encuentran desde el tamiz No. 200(0.075 mm) hasta alrededor de 0.001 mm. Los datos se presentan en un grficosemilogartmico de porcentaje de material ms fino contra dimetro de los granos y puedecombinarse con los datos obtenidos en el anlisis mecnico del material retenido, o seamayor que el tamiz No. 200 (u otro tamao cualquiera).

El principal objetivo del anlisis de hidrmetro es obtener el porcentaje de arcilla (porcentajems fino que 0.002 mm) ya que la curva de distribucin granulomtrica cuando ms del 12%del material pasa a travs del tamiz No. 200 no es utilizada como criterio dentro de ningn

sistema de clasificacin de suelos y no existe ningn tipo de conducta particular del materialque dependa intrnsecamente de la forma de dicha curva. La conducta de la fraccin de suelocohesivo del suelo dado depende principalmente del tipo y porcentaje de arcilla de suelopresente, de su historia geolgica y del contenido de humedad ms que de la distribucinmisma de los tamaos de partcula.

El anlisis de hidrmetro utiliza la relacin entre la velocidad de cada de esferas en un fluido,el dimetro de la esfera, el peso especfico tanto de la esfera como del fluido, y la viscosidad delfluido, en la forma expresada por el fsico Ingls G. G. Stokes (ca. 1850) en la ecuacinconocida como la ley de Stokes:

Donde v = velocidad de cada de la esfera, cm/ss = peso especfico de la esferaf = peso especfico del fluido (usualmente agua, ver Tabla). = viscosidad absoluta, o dinmica del fluido, (g/cm s).

D = dimetro de la esfera, cm


2/21

Al resolver la ecuacin (1-1) paraD utilizando el peso especfico del agua, se obtiene:

El rango de los dimetros D de partculas de suelo para los cuales esta ecuacin es vlida, esaproximadamente:

0.0002 mm


3/21

El hidrmetro usado ms comnmente es el tipo 152H(designado por la norma ASTM) y est calibrado para leerg de suelo de un valor de Gs = 2.65 en 1000 cm3 deSUS-pensin siempre que no haya ms de 60 g de sueloen la solucin. La lectura por consiguiente estdirectamente relacionada con la gravedad especfica de lasolucin. Esta calibracin particular del hidrmetro es unaayuda considerable. Por esta razn este tipo d hidrmetrose utiliza muy ampliamente, a pesar de existir otros tiposde hidrmetros que pueden ser ledos en trminos de lagravedad especfica de la suspensin suelo-agua. Figura 6-2

Para estos ltimos hidrmetros, debe tenerse muchocuidado en no usar ms de 60 g de solucin de suelo porlitro de solucin para evitar la interferencia entre laspartculas granulares durante la sedimentacin, lo cualempobrece los resultados obtenidos de la aplicacin de la

ley de Stokes. HIDROMETRO 152H

El hidrmetro determina la gravedad especfica de la suspensin agua-suelo en el centro delbulbo (referirse a la Fig). Todas las partculas de mayor tamao que aqullas que se encuentrenan en suspensin en la zona mostrada como L (la distancia entre el centro de volumen delbulbo y la superficie del agua) habrn cado por debajo de la profundidad del centro devolumen, y esto hace decrecer permanentemente la gravedad especfica de la suspensin en elcentro de volumen del hidrmetro. Adems es obvio que como el hidrmetro tiene un pesoconstante a medida que disminuye la gravedad especfica de la suspensin, el hidrmetro sehundir ms dentro de la suspensin (aumentando as la distancia L). Es preciso recordartambin, que la gravedad especfica del agua (o densidad) decrece a medida que la temperaturaaumenta (o disminuye) de 4C. Esto ocasiona adicionalmente un hundimiento mayor del

hidrmetro dentro de la suspensin.

Como L representa la distancia de cada de las partculas en un intervalo de tiempo dado t, y lavelocidad se puede definir en la ec. (1-2) como la distancia dividida por el tiempo, es evidenteque la velocidad de cada de las partculas es:

Por consiguiente es necesario encontrar la profundidad L correspondiente a algn tiempotranscurrido t de forma que se pueda determinar la velocidad necesaria para utilizar en laecuacin de Stokes. Para encontrar L, es necesario medir la distancia L2 y varios valores de ladistancia variable L, (referirse a la Fig) utilizando una escala. A continuacin, usar un cilindrode sedimentacin graduado de seccin transversalA conocida, sumergir dentro de l el bulbo delhidrmetro y determinar el cambio en la medicin del cilindro. Esto permitir determinar elvolumen del bulbo del hidrmetro Vb. A continuacin se puede calcular la longitud L en cmsiLly L2 estn en cm y Vb se encuentra en cm3, de la siguiente forma:


4/21

El trmino Vb/A de la ec. (1-3) toma en consideracin que la suspensin de suelo-agua se eleva


5/21

una cantidad Vb/A cuando el hidrmetro se coloca en el cilindro de sedimentacin. As elcentro de volumen se desplaza hacia arriba 1/2 (Vb/A) de la ec. (1-3). Al dibujar una curva de laslecturas del hidrmetro (las cuales se relacionan con los valores correspondientes de L1) contraL, se obtiene el valor de L para cualquier lectura del hidrmetro R. Realmente, como esta curvaes esencialmente lineal, solamente se necesitan 3 puntos para establecer la curva R contra L.Como el hidrmetro 152H tiene dimensiones razonablemente dentro de los patrones, los

valores de L pueden obtenerse una sola vez con proyeccin adecuada para la mayora de lostrabajos posteriores de mecnica de suelos, como se muestra en la Tabla 1-5.

La lectura del hidrmetro no debe ser corregida para su utilizacin en la ec. (1-3) exceptopor el error de menisco (en una suspensin turbia, es necesario leer en la parte superior delmenisco). La razn para slo tener en cuenta esta correccin en la determinacin de lavelocidad de cada consiste en que la lectura real de la distancia L que las partculas hanrecorrido es independiente de la temperatura, gravedad especfica de la solucin, o cualquierotro tipo de variable.

Si se conoce el dimetro de la partcula y el porcentaje de suelo que an permanece ensuspensin el cual es en este caso el porcentaje de material ms fino se tiene suficienteinformacin para dibujar la curva de granulometra.

El porcentaje ms fino se relaciona directamente a la lectura de hidrmetro de tipo 152H ya quela lectura proporciona los gramos de suelo que an se encuentran en suspensin directamentesi la gravedad especfica de suelo es de 2.65 g/cm3 y el agua se encuentra a una densidad de 1.00g/cm3. El agente dispersante tendr algn efecto sobre el agua y, adicionalmente la temperaturadel ensayo deber ser cercana a 20 C y la Gs de los granos de suelo seguramente no es 2.65;por consiguiente se necesita corregir la lectura real del hidrmetro para obtener la "lectura"correcta de los gramos de suelo todava en suspensin en cualquier instante durante el ensayo.

La temperatura puede mantenerse como una variable de un solo valor utilizando un bao de agua

de temperatura controlada (si existe la disponibilidad), pero esto es una conveniencia mas no unanecesidad. El efecto de las impurezas en el agua y del agente dispersor sobre las lecturas delhidrmetro se puede obtener utilizando un cilindro de sedimentacin de agua de la mismafuente y con la misma cantidad de agente dispersivo que se utiliz al hacer la suspensinagua-suelo para obtener la "correccin de cero". Este cilindro de agua debe tenerse a la mismatemperatura a la cual se encuentra la solucin de suelo. Una lectura de menos de cero en el jarroo cilindro patrn de agua se registra como un valor negativo. Una lectura entre O y 60 seregistra como un valor positivo. Todas las lecturas se deben tomar desde la parte superior delmenisco en ambos cilindros tanto el patrn (con agua clara) como el que contiene la suspensinde suelo-agua (agua turbia).

Si la temperatura es demasiado alta en ambos cilindros, el que contiene el suelo y el patrn, ladensidad del agua ser igualmente menor y el hundimiento del hidrmetro ser el mismo por eseconcepto. Si ambos cilindros tienen la misma temperatura el efecto ser igual; porconsiguiente, es posible obtener en la Tabla 1-3 una correccin nica de temperatura para utilizaren la suspensin agua-suelo. Como la correccin de cero es () y la correccin de temperaturaes tambin () con el signo que indique la Tabla 1-3, la lectura corregida del hidrmetro paragramos de suelo en suspensin se calcula como:

Rc = Rreal - correccin de cero + CT (1-4)


6/21

Una vez corregida la lectura del hidrmetro (sin incluir el hecho de que la gravedad especfica delos slidos puede diferir de 2.65), el porcentaje de material ms fino puede calcularse por simpleproporcin (si Gs = 2.65) como:

Porcentaje de material ms fino =Rc/ Ws 100 por ciento (1-5)

donde:Rc = gramos de suelo en suspensin en un tiempo tdado [lectura corregida del

hidrmetro utilizando la ec. (1.4)]Ws = peso original de suelo colocado en la suspensin, (gr).

Si Gs no es igual a 2.65, es posible calcular una constante apara utilizar en la ec. (1-5)por proporcin como sigue:

Despejando a se tiene:

El porcentaje ms fino cuando Gs 2.65, se calcula como

Porcentaje ms fino =Rc a / Ws 100 por ciento (1-7)

En la Tabla inicial 1-2 se dan valores tpicos para a.

Cuando se trata de realizar clculos, la ec. (1-2) se reescribe comnmente utilizando L en cm y ten minutos para obtenerD en mm como sigue:

que puede a su vez ser simplificada de la siguiente forma:

Como todas las variables menos L/t son independientes del problema excepto por la temperaturade la suspensin, es posible evaluarK= f (T, Gs, ) de una sola vez, como se muestra en la Tabla1-4.

ProcedimientoMTODO A: Utilizar el siguiente procedimiento siempre que la muestra de suelo tenga entre 80y 90% del material menor que el dimetro correspondiente al tamiz No. 200. Cuando menos

cantidad de la muestra pase a travs del tamiz No. 200 y/o se encuentre presente ma terial


7/21

superior en tamao al tamiz No. 10, considere la utilizacin del mtodo B que se da acontinuacin del presente.

1.Tomar exactamente 50 g de suelo secado al horno y pulverizado (como el que se utiliz en elanlisis por tamizado)-y mezclarlo con 125 ml de solucin al 4% de NaPO 3. Una solucin de4% de metafosfato de sodio puede hacerse mezclando 40 g de material seco con suficie nte

agua hasta completar 1000 ml.


8/21

2.Dejar asentar la muestra de suelo cerca de una hora (la ASTM sugiere 16 horas para sue losarcillosos, pero esto generalmente es innecesario). Transferir la mezcla al va so de unamquina batidora y aadir agua comn hasta llenar 2/3 del vaso. Mezclarlo por espacio de1 minuto si se emplearon entre 10 y 16 horas en la preparacin de la muestra, de locontrario mezclarlo entre 3 y 5 minutos.

3.Transferir el contenido del vaso de la batidora a un cilindro de sedimentacin, teniendomucho cuidado de no perder material en el proceso. Aadir agua comn hasta completar lamarca de 1000 ml de cilindro. Preparar el cilindro patrn de control con agua comn y 125 mlde la solucin de dispersante al 4% "o la misma que se utiliz en el paso N 1. Verificar que latemperatura del agua comn sea igual para ambos cilindros, el de sedimentacin y el decontrol.

4.Tomar un tapn de caucho No. 12 (usar la palma de la mano si no hay un tapn d isponible)para tapar la boca del cilindro donde se encuentra la suspensin de suelo y agitarlacuidadosamente por cerca de un minuto. Poner sobre la mesa el cilindro, remover eltapn, inmediatamente insertar el hidrmetro y tomar lecturas con los siguie ntes intervalosde tiempo: 1, 2, 3 y 4 minutos. Tomar igualmente lectura del termmetro.

Colocar el hidrmetro y el termmetro en el recipiente de control (el cual debe encontrar se auna temperatura que no difiera en ms de 1 C del suelo). Tomar una lectura para correccinde menisco en el hidrmetro dentro del cilindro de control.Es usual dejar el hidrmetro metido dentro de la solucin de suelo durante las pri meras dosmediciones, y luego removerlo y volverlo a colocar para cada una de las si guientes dosmediciones. Sin embargo, el error que se introduce al dejar el hidrmetro metido entre lasuspensin durante las cuatro mediciones es mnimo. Es necesario evitar en lo posible laagitacin de la suspensin cuando se coloca el hidrmetro dentro de e lla, colocndolo tansuavemente como para requerir alrededor de 10 segundos en realizar di cha operacin.

5.Reemplazar el tapn No. 12, volver a agitar la suspensin y volver a tomar otra serie demedidas a 1 , 2, 3 y 4 min. Repetir tantas veces como se nece site con el fin de obtener dos

juegos de mediciones que concuerden a la unidad en cada una de las cuatro mediciones.

6.Si existe suficiente concordancia entre dichas lectu ras, es posible continuar el ensayo; deotra forma, es necesario volver a agitar y repetir el proceso hasta lograr dicha concordancia.Una vez que se haya logrado acuerdo en las medidas (hasta la unidad), se deben tomarmedidas adicionales a los siguientes intervalos detiempo: 8, 15, 30, 60 minutos, y 2, 4, 8, 16,32, 64, 96 horas.Los intervalos sugeridos para tomar mediciones despus de 2 horas de comenzado el ensayoson slo aproximados, ya que en realidad cualquier tiempo sera adecuado siempre y cuandosea tomado con suficiente espaciamiento para permitir una dispersin satisfactoria de lospuntos en la grfica.Registrar la temperatura de la suspensin suelo agua con una precisin de 1C para cada

medicin del hidrmetro.El ensayo puede terminarse antes de las 96 horas a discrecin. El experimento debe conti-nuarse hasta que el tamao de las partculas D que se encuentran en suspensin sea del ordende 0.001 mm (se debe hacer simultneamente el clculo).Entre lectura y lectura del hidrmetro se debe guardar ste y el termmetro en el cilindro decontrol (el cual debe estar a la misma temperatura).

7.Pasar a la seccin de "clculos".


9/21

MTODO B: Este mtodo debe utilizarse para obtener el anlisis mecnico e hidromtrico desuelos cuya fraccin gruesa es apreciable. En realidad puede utilizarse para cualquier suelo,pero su duracin es mucho mayor que el mtodo A antes explicado.

1.Secar al horno una cantidad adecuada de suelo sobre la base del mximo tamao deagregado. Esta cantidad deber variar entre 300 g y 1000 g ms que las siguientes can -

tidades:a. 500 g si el mximo agregado de la muestra es de 10 mm o menos (peso total de

la muestra).b. 5000 g para suelos cuyo mximo agregado tenga un tamao de 75 mm o mayor.

Usar interpolacin lineal y aproximar al millar mayor para dimetrosintermedios.

Denominar Wo al peso real de la muestra de suelo - y usar 500, 1000, 2000 g, etc. Asegurarsede que la muestra total secada al homo sea mayor, e. g., para una muestra de 500 g r secar alhomo una muestra entre 700 y 1000 gr. Wo ser 500 g.

2.Lavar cuidadosamente la muestra W0 a travs del tamiz No200 como se hizo en el ensayo detamizado por lavado y secar los residuos al horno. Hacer un anlisis mecnico utilizando

entre 5 a 8 tamices escogidos desde el tamao correspondiente al mximo agregado presenteen la muestra y en la parte inferior un tamiz N o50 y /o No100 y un tamiz No200. El hecho deque se escoja el No50 o No100 (o ambos) depende del tamao de la serie necesaria paraestimar la gradacin del material. Dibujar la curva de distribucin granulomtrica hasta estepunto.

3. A partir de la curva de d istribucin dibujada, obtener el porcentaje de mater ial ms finoque los tamices No 50 y No100. Utilizar el tamiz No100 si es necesario usar ambos. El tamizN200 debe incluirse para verificar la eficiencia del lavado de la muestra. Llamar Ni alporcentaje de material ms fino obtenido.

4.Obtener una muestra, representativa secada al homo y m s pequea a partir de la mues tra

grande secada al horno de un peso exacto Wt obtenido de la siguiente forma:

donde Ni = porcentaje ms fino decimal del paso 3. Esto producir una muestra parahidrmetro entre 50 y 60 g, o sea en el rango de lectura del hidrmetro 152H y con todas suspartculas dentro del rango de validez de la ley de Stokes.

5.Pulverizar esta muestra tanto como se pueda y tam izar en seco a una bandeja a travs deltamiz que se haya escogido como lmite mximo de la fraccin fina (50 100). Guardar el

material ms fino en la bandeja. Recuperar el residuo d e material ms grueso y mezclarlo conagua en una cpsula o recipiente adecuado de porcelana hasta que se sature. Permitir a estematerial saturarse por espacio de varias horas (hasta 24) de forma que todos los grumosexistentes se ablanden y disuuelvan. A continuacin, lavar el material saturado a travs deltamiz sobre la bandeja que contena el material que originalmente haba pasado en seco.Utilizar tan poca agua como sea posible, pero suficiente para asegurar un lavado completo dela muestra. Guardar toda el agua (y suelo ms fino) en un recipiente adecuado, dependiendode la cantidad resultante, y dejarlo sedimentar.

6.Recuperar el residuo de material ms grueso que no logr pasar a travs del tamiz, secarlo alhomo y obtener el peso seco de dicho residuo W f. Utilizar el peso inicial seco W t del paso 4y repetir el paso 2 para obtener una nueva curva de distribucin granulomtrica. Dibujar


10/21

suavemente esta nueva curva sobre la que se obtuvo en el paso 2. Ntese que solo porcoincidencia muy feliz se lograran dos curvas idnticas. Calcular W s como:

7.Si el material lavado ocupa ms de 1000 ml, es necesario dejar sedimentar por un tiempo la

suspensin suelo-agua con el fin de decantar el agua limpia de la parte superior hasta obtenerun volumen remanente entre 400 y 600 ml.

8.Transferir la suspensin suelo-agua al vaso de un mezclador elctrico d e refrescos ymezclarlo entre 5 y 10 minutos. Verter el material en un cilindro de sedimentacin graduadode 1000 ml. Aadir 125 ml. de agente dispersante en solucin y suficiente agua com nadicional para llenar el cilindro hasta la marca de 1000 m l. Asegurarse de no perder suelo enel proceso anterior, y de que el material que hubiese podido quedar dentro del vaso de lamezcladora sea removido completamente y transferido al cilindro de sed imentacin.

9.Referirse al mtodo inicial A, pasos 4 y siguientes para la conclusin del ensayo delhidrmetro.

Clculos(MTODOS A y B)1.Aplicar la correccin de menisco a las lecturas de hidrmetro y entrar en la Tabla 1-5 para

obtener los valores de L. Si Gs es desconocido, suponer un valor razonable entre 2.68 y 2.74.Hacer una seleccin tal que impida interpolaciones innecesarias en cualquier suposicin.Con Gs y la temperatura del ensayo para cualquier lectura del hidrmetro, entrar en la Tabla1-4 para obtener el valor correspondiente de K. Con los valores de K, L y el tiempotranscurrido t, para dichas lecturas, calcular los valo res para D utilizando la ec. (1 -8a).Utilizar la Fig. 1-3 y la "memoria de clculos" como guas.

2.Utilizando un valor corregido de Rc de la ec. (1-4) en la ec. (1-7), calcular el porcentaje de

material ms fino correspondiente al dimetro de partcula D del paso 1.

3.Utilizar los datos del prrafo 1 y 2 anteriores para dibujar la curva de porcentaje ms finocontra tamao de partculas - bien sobre el formato donde se dibujaron las curvas del MtodoB o sobre un nuevo formato del suelo utilizado.Note cuidadosamente que el porcentaje de finos es independiente de la cantidad de sueloutilizada de forma que el resultado del anlisis de hidrmetro puede combinarse con el delanlisis mecnico. Si esto se hace, se debe tener presente que el anlisis mec nico utiliza unamuestra mayor y debera por tanto dar un peso mayor cuando se dibuja la curva dedistribucin a travs de la regin discontinua entre las dos ramas de la curva. Si se utiliza elMtodo B se debe referir al prrafo (b) que se presenta a continuacin.Es preciso asegurarse de identificar adecuadamente los puntos obtenidos en el anlisis

mecnico de los obtenidos en el anlisis de hidrmetro.

LOS SIGUIENTES CLCULOS DEBEN HACERSE NICAM ENTE SI SE UTILIZA ELMTODO B:

(a) Comparar el porcentaje de material que pasa el tamiz utilizado para obtener la mues tra dehidrmetro con el porcentaje del material ms fino en la mues tra Wo.(b) Ajustar la parte de la curva de distribucin obtenida por anlisis mecnico para los dosjuegos de datos de anlisis mecnico utilizando un pro medio pesado basado en los pesos de lamuestra como sigue:


11/21

Dibujar estos valores ajustados del porcentaje de material ms fino (cada uno de los cualesdebe estar entre los dos valores registrados para el determinado tamao de grano Di ) ydibujar la porcin final de la curva de granulometra por anlisis mecnico usando una lneafuerte.

4.Mostrar sobre la curva de ser posible, los valores de D 85, D60, D30 y D10. Para la rama de lacurva obtenida mediante el ensayo del hidrmetro, muestre el porcentaje de arcilla.

Memoria de ClculosDe la lnea 1 de la Fig. 1-3 (formato tpico)

Rc =Ra correccin de cero + CT (CT de la Tabla 1-3 a 22C)Rc = 49 - 3 + 0.4 = 46.4 a = 0.99 (del formato)

Hidrmetro corregido por menisco solamente = 49 + 1 = 50L = 8.1 (de la Tabla 1-5 aR = 50)

K = 0.0131 (de la Tabla 1-4 usando T y Gs)

(No calcular msdgitos de los que pueden

dibujarse usando una escala log.)

De la lnea 3 del formato:Rc = 43 - 3 + 0.4 = 40.4

Hidrmetro corregido por menisco = 43 + 1 = 44L = 9.1 (de la Tabla 1-5)K = 0.0131 (de la Tabla 1-4)D = 0.0131 = 0.023 mm


12/21

De la ltima lnea del formatoRc = 10 - 3 + 1 = 8.0

Hidrmetro corregido por menisco = 10 + 1 = 11L = 14.5 (de la Tabla 1-5)K = 0.0.271 (de la Tabla 1-4)


13/21


14/21

F.CORR.(Ct)porTemp

s(gr/cm) Ct

15 -1.10

16 -0.90

17 -0.70

18 -0.50

19 -0.30

20 -

21 0.20

22 0.40

23 0.70

24 1.00

25 1.30

26 1.65

27 2.00

28 2.50

29 3.05

30 3.80

FAC.CORR.(a) por s

s(gr/cm) a

2.50 1.04

2.55 1.02

2.60 1.01

2.65 1.00

2.70 0.99

2.75 0.98

2.80 0.97

2.85 0.96

Tabla 1-1 Tabla 1-2 Tabla 1-3PROPIEDADESAGUA

DESTILADA

TEMP

(C)w

(gr/cm)

(gr/s.cm)

4 1.00000 0.01567

16 0.99870 0.01111

17 0.99880 0.0108318 0.99862 0.01056

19 0.99844 0.01030

20 0.99823 0.01005

21 0.99802 0.00981

22 0.99780 0.00958

23 0.99757 0.00936

24 0.99733 0.00914

25 0.99708 0.00899

26 0.99682 0.00874

27 0.99655 0.00855

28 0.99627 0.00836

29 0.99598 0.00818

30 0.99568 0.00801

Tabla 1-4VALORESDE(K)PARADIFERENTESPESOSESPECIFICOSDESOLIDOSYTEMPERATURA

2.5 2.55 2.6 2.65 2.7 2.75 2.8 2.85

16 0.0151 0.0148 0.0146 0.0144 0.0141 0.0139 0.0137 0.0136

17 0.0149 0.0146 0.0144 0.0142 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134

18 0.0148 0.0144 0.1423 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132

19 0.0145 0.0143 0.0140 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0131

20 0.0143 0.0141 0.0139 0.0137 0.0134 0.0133 0.0131 0.0129

21 0.0141 0.0139 0.0137 0.0135 0.0133 0.0133 0.0129 0.0127

22 0.0140 0.0137 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0128 0.0126

23 0.0138 0.0136 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124

24 0.0137 0.0134 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0125 0.0123

25 0.0135 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0122

26 0.0133 0.0131 0.0129 0.0127 0.0125 0.0124 0.0122 0.0120

27 0.0132 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0122 0.0120 0.0119

28 0.0130 0.0128 0.0126 0.0124 0.0123 0.0121 0.0119 0.0117

29 0.0129 0.0127 0.0125 0.0123 0.0121 0.0120 0.0118 0.0116

30 0.0128 0.0126 0.0124 0.0012 0.0120 0.0118 0.0117 0.0115

Tabla 1-5VALORES de L

R L R L R L R L

0 16.30 15 13.80 30 11.40 45 8.90

1 16.10 16 13.70 31 11.20 46 8.80

2 16.00 17 13.50 32 11.10 47 8.36

3 15.80 18 13.30 33 10.90 48 8.40

4 15.60 19 13.20 34 10.70 49 8.30

5 15.50 20 13.00 35 10.50 50 8.10

6 15.30 21 12.90 36 10.40 51 7.907 15.20 22 12.70 37 10.20 52 7.80

8 15.00 23 12.50 38 10.10 53 7.60

9 14.80 24 12.40 39 9.90 54 7.40

10 14.70 25 12.20 40 9.70 55 7.30

11 14.50 26 12.00 41 9.60 56 7.10

12 14.30 27 11.90 42 9.40 57 8.00

13 14.20 28 11.70 43 9.20 58 6.80

14 14.00 29 11.50 44 9.10 59 6.60

15 13.80 30 11.40 45 8.90 60 6.50


15/21

4.5.2.1Mtodo de la pipetaEste mtodo cuantifica las partculas minerales del suelo en forma gravimtrica, y seconsidera el ms exacto en la determinacin granulomtrica.

4.5.2.1.1MaterialesVasos de precipitado de 100 a 1000 mlRecipientes de vidrio y plstico de 500 ml con tapa para centrfugaProbetas de 1000 cm3Agitador de motor para dispersin (Fig. 4.5.1)Agitador de plstico para probetas de 1000 cm3Soporte especial para pipetaPipeta especial de 25 mlJuego de tamices de 3 de dimetro y con aberturas de 1000, 500, 250, y 106 m Tamizde 8 de dimetro con abertura de 53 o 47 m

Centrfuga de baja velocidad (1500 rpm), y de alta velocidad (12,000 rpm)PotencimetroParrilla elctrica o bao maraEstufa para secar a 105-110 CPuente para medir conductividad elctrica

Figura 4.5.1. Agitador de motor para dispersin con botellas de plstico

4.5.2.1.2ReactivosPerxido de hidrgeno al 30 %, o hipoclorito de sodio (menos agresivo)Acetato de sodio (NaOAc) 1M pH 5


16/21

Solucin amortiguadora de citrato-bicarbonato de sodio.- preparar citrato de sodio 0.3 M(88.4 g/L) y adicionar 125 ml de bicarbonato de sodio 1M (84 g/L).Ditionito de sodioSolucin saturada de cloruro de sodio (NaCl)Cloruro de sodio (NaCl)10%Nitrato de plata (AgNO3)1M

Cloruro de bario (BaCl2)1MAcetonaHexametafosfato de sodio (HMF) 50.0 g/L (dispersante)Cloruro de magnesio (MgCl2)1MAcido clorhdrico (HCl) 1M

4.5.2.1.3ProcedimientoLos procedimientos para el anlisis granulomtrico por hidrmetro y por pipeta inician con unamuestra de suelo secada al aire. Sin embargo, en el caso de suelos de clima tropical o de origenvolcnico ricos en materiales no cristalinos, es necesario iniciar este anlisis con una muestra desuelo con humedad de campo; esto se debe a que la rehidratacin de un suelo que contiene

minerales amorfos no es completa. En este caso, es necesario trabajarcon dos muestras de suelo, una de ellas (10 g), se emplear para determinar el peso seco delsuelo y, la otra, se emplear para el anlisis granulomtrico.

4.5.2.1.4Tratamientos previos a la separacin de las fracciones del sueloLa presencia de carbonatos, principalmente de Ca y Mg, pueden causar agregacin en el suelo y,por lo tanto, una mala dispersin de las partculas. Los carbonatos pueden ser removidos antes dela dispersin y sedimentacin acidificando la muestra, y el calentar acelera la reaccin. Eltratamiento con HCl puede destruir minerales arcillosos, por lo que se recomienda utilizar NaOAc1M pH 5.La remocin de la materia orgnica depende, principalmente, de su naturaleza y concentracin, pH,

y la presencia de carbonatos, yeso, xidos y sales solubles. Para destruir la materia orgnica se hanutilizados reactivos como perxido de hidrgeno, hipoclorito de sodio, y permanganato de potasio,entre otros. El perxido de hidrgeno ha sido recomendado como el oxidante estndar (Day, 1965).Las cubiertas o pelculas y cristales de varios xidos de hierro como la hematita y goetita, a menudoactan como cementantes, y el removerlos ayuda a una mejor dispersin de las partculas. Sinembargo, en suelos donde los xidos de hierro son parte dominante de la mineraloga, no esrecomendable la remocin de los xidos de Fe, ya que se destruye parte de la fraccin arcillosa delsuelo.Una gran variedad de sales solubles son comunes en suelos alcalinos, y altas concentraciones deellas pueden causar floculacin en la suspensin del suelo. Por otra parte, las sales alcalinaspueden causar la descomposicin del perxido de hidrgeno, disminuyendo su efectividad como

oxidante. Las sales de Ca y Mg se presentan como carbonatos y pueden presentar problemas en lacuantificacin de limos y arcillas.El investigador tendr que elegir el o los tratamientos que deban realizarse en sus muestras de suelo,dependiendo de las caractersticas de ste.

Remocin de carbonatos y sales solubles. Pesar una muestra de suelo secado al aire ytamizada en malla de 2 mm de abertura (malla 10), de 10 g para suelos arcillosos, 20 g para


17/21

francos, 40 g para franco arenosos, y de 80 a 100 g para suelos arenosos. Coloque la muestraen tubos de centrfuga de 250 ml y adicione 100 ml de agua destilada, mezcle y agregue 10 ml deNaOAc 1M pH 5. Centrifugue 10 a 1500 rpm y descarte el sobrenadante. Repita dos o tres veces elprocedimiento, y lave dos veces ms con agua destilada, asegurndose de que el sobrenadante estclaro. Si no lo est, lo cual ocurre con muestras que tienen grandes cantidades de yeso, entoncesrepita la operacin anterior. Asegrese de que el sobrenadante est libre de sales utilizando

AgNO3 para cloruros y BaCl2 para sulfatos, o medir la conductividad elctrica cuyo valor deberser < 40 S/cm.

Remocin de materia orgnica. Despus de remover carbonatos y sales solubles, pase la muestra(con la menor cantidad de agua destilada) a vasos de precipitado de forma alta con capacidad de 600ml, adicione 5 ml de H2O2 a la suspensin de suelo, agite, y observe por varios minutos. Si sepresenta un exceso de efervescencia, agregue agua fra, si no es as, ponga a calentar en unaparrilla elctrica (60 C), o en bao mara, y cuando la reaccin haya disminuido, agregue otradosis de perxido. Note que el MnO2 descompone el perxido, por lo que sera necesaria otra etapapara removerlo antes del tratamiento con el perxido. Contine agregando perxido y repita elcalentamiento hasta que la materia orgnica sea destruida, lo cual se observa al ya no hacerreaccin el perxido y con un cambio de color del suelo hacia una tonalidad ms clara. Caliente a

90 C durante una hora ms despus de la adicin final de perxido, para eliminar la mayor parte deste, sin llegar a sequedad. Transfiera la muestra a tubos de vidrio de centrfuga de 250 ml.

Remocin de xidos de hierro. Agregue solucin amortiguadora de citrato-bicarbonato parahacer un volumen aproximado de 150 ml. Agite para dispersar las partculas del suelo. Agregue 3 gde ditionito de sodio (Na2S2O4) lentamente, y observar la reaccin en la muestra (presencia deabundante espuma). Despus, ponga la botella en bao mara a 80 C y agite la suspensinintermitentemente por20. Saque la muestra del bao y adicione 10 ml de NaCl saturado, mezcle,centrifugue, y deseche el sobrenadante, si no se desea cuantificar Fe, Al, Mn, y Si. Si se tieneinters en determinar dichos elementos, guarde el sobrenadante en un matraz aforado de 500 ml. Sila muestra de suelo est completamente gris, pase a la siguiente etapa. Si persiste un color

parduzco, repita la operacin. Lave la muestra una vez con 50 ml de solucin amortiguadora citrato-bicarbonato y agregue 20 ml de NaCl saturado, agite, centrifugue, y decante. Despus, lave lamuestra dos veces con 50 ml de NaCl al 10%, y dos veces con agua destilada. Si la solucin lavadano es clara, transfiera la muestra a un tubo de centrfuga y centrifugue a alta velocidad. Si ancontinua turbio el sobrenadante, agregarle un poco de acetona, caliente en parrilla elctrica yrecentrifugue. Adicione 150 ml de agua destilada, agite la muestra y mida el pH. Si el suelo estsaturado con Na, el valor de pH debe estar cercano a 8. Transfiera la suspensin a una botella decentrfuga de 1 L, agite la botella, y adicione 400 ml de agua destilada y 10 ml de HMF (dispersante),tape y agite toda la noche en posicin horizontal (Fig. 4.5.1).

4.5.2.1.5Separacin de las fracciones

Fraccin de arenas. Pase la suspensin anterior a travs de un tamiz de 8 con malla de 53 m deabertura (No. 270), que debe tener una base de plstico o una cpsula de porcelana para recoger elresiduo. Lave las arenas que quedan sobre el tamiz con ayuda de chorros de agua destilada que seaplican vigorosamente. Antes de esta etapa, puede agregar una


18/21

solucin jabonosa que ayudara al paso de la muestra por la malla. Una vez que las arenas han sidolavadas, se pasan a una cpsula de porcelana o de aluminio (tarada), a la que se le ha determinado supeso constante, se secan en estufa a 105 C, y se pesan.

Transfiera las arenas secas a los tamices de 3 colocados en el siguiente orden: malla 1000, 500,250, 106 y tape. Coloque los tamices en un agitador y agite durante unos 3. Pese cada una de las

fracciones de arenas, el limo residual, arcilla u otro material que haya pasado a travs del tamiz demalla 270 (53 m). Las pesadas deben realizarse con una precisin de0.01 g.

Fraccin de limo. Las fracciones de 5 y 20 m son determinadas con la pipeta, usando la siguienteecuacin (derivada de la ley de Stokes) para determinar el tiempo requerido en la suspensin paraobtener las fracciones deseadas:

t = 18 h/[ g (sw )X2 ]o el siguiente cuadro:

Cuadro 4.5.1. Tiempo requerido en la suspensin para obtener las fracciones de 20 y 5 m a una

profundidad de 10 cm usando una solucin dispersante de 0.5 g/L HMF, cubriendo un rango detemperatura de 20 a 30C.

Tamao de 20 m Tamao de 5 m

Densidad de partculas (Mg/m3 ) Densidad de partculas (Mg/m3 )

Temperatura 2.4 2.6 2.8 2.4 2.6 2.8

C t i e m p o e n m i n u t o s

20 5.5 4.8 4.3 87.7 76.8 68.321 5.4 4.7 4.2 85.7 75.0 66.722 5.2 4.6 4.1 > 83.7 73.2 65.1

23 5.1 4.5 4.0 81.7 71.5 63.624 5.0 4.4 3.9 79.9 69.9 62.125 4.9 4.3 3.8 78.0 68.3 60.726 4.8 4.2 3.7 76.3 66.8 59.327 4.7 4.1 3.6 74.6 65.3 58.028 4.6 4.0 3.5 73.0 63.9 56.829 4.5 3.9 3.5 71.4 62.5 55.630 4.4 3.8 3.4 69.9 61.2 54.4

l = ( 1 + 0.630 Cs ). En donde l = densidad de la solucin a la temperatura t, g/mL; = densidad del agua a unatemperatura t, g/mL; Cs = concentracin del HMF, g/mL, y = ( 1 + 4.25 Cs ). En donde = viscosidad de lasolucin a una temperatura t, 10-3 kg m 1 s 1 (cpoise), y = viscosidad del agua a una temperatura t, 10-3 kg m 1 s 1

(cpoise). Las ecuaciones anteriores se aplicaron con una solucin HMP en el rango de 0 a 50 g/L. Para anlisis consolucin HMF en el rango de 0 a 0.5 g/L, el error de 0.3 % en el tiempo de cada resulto cuando la densidad de lasolucin se estimo ser de pura agua. Muchos estudios del tiempo de cada de las partculas se han llevado a cabo para elmtodo de pipeta (ejemplo: Day, 1965; Green, 1981) en donde se ha estimado que la solucin dispersante tiene laviscosidad del agua. Sin embargo, el error en el tiempo de cada es mayor de 2 % por no considerar la viscosidad delmedio usando una solucin de HMP 5 g/L. La densidad del agua y la viscosidad en varias temperaturas son tomadas deWeast (1983). Nota que Weast (1983) reporto la viscosidad en centipoise (cpoise). Para convertir a unidades SI, 1 cpoise= 10-3 kg m 1 s 1 . La densidad de las partculas debe conocerse con una precisin de 0.05 Mg/m3 . El error en el tiempode cada es mas del 2 % si la densidad de las partculas no se conocen con precisin. Ver tabla anterior.


19/21

Determinacin de arcilla (< 2 m). Lleve el limo y la arcilla contenida en el recipiente de plsticoo cpsula de porcelana a una probeta de 1 L. Agregue 10 ml de solucin dispersante HMFy lleve a la marca con agua destilada (cubra la probeta con un vidrio de reloj). Permita que lasuspensin se equilibre durante varias horas. Posteriormente, agite vigorosamente la suspensindurante 1 min con un agitador manual. Registre y anote el tiempo (hora en su reloj) y latemperatura de la suspensin. Utilizando los tiempos de los cuadros 4 y 5, introduzca la pipetalentamente a la profundidad indicada, gire la llave del vaco, y llene la pipeta en un tiempoaproximado de 12 seg. Es necesario controlar dicho tiempo. Descargue el contenido de la pipetaen una cpsula de porcelana o de aluminio de peso conocido. Lave la pipeta con agua destilada deuna piceta, agregando dicho lavado a la cpsula. Evapore el exceso de agua y seque la arcilla a105 C, enfre en un desecador y pese.

Cuadro 4.5.2. Tiempo de cada de partculas de 2 m con diferentes grados de temperatura,calculados para una profundidad de 10 cm en agua destilada, 0.5 g/L y 5.0 g/L de soluciones

dispersantes de HMF con partculas de una densidad igual a 2.60 Mg/m3

V i s c o s i d a d Tiempo de cadaTemperatura Agua 0.5 g/L 5.0 g/L

destilada HMF HMF10-3 Kg m-1 s-1

Agua 0.5 g/L 5.0 g/Ldestilada HMF HMFhC

18202224262830

1.0530 1.0553 1.0759 8.39 8.41 8.581.0020 1.0042 1.0238 7.99 8.00 8.160.9548 0.9569 0.9756 7.61 7.63 7.780.8705 0.9131 0.931 7.26 7.28 7.420.8327 0.8724 0.8895 6.94 6.95 7.090.8327 0.8345 0.8508 6.64 6.65 6.780.7975 0.7992 0.8149 6.36 6.37 6.50

Cuadro 4.5.3. Profundidad requerida para obtener arcilla de 2 m, tomando en consideracin eltiempo y la temperatura, asumiendo una densidad de partculas de 2.60

Mg/m3

y usando una solucin HMF 0.5 g/L


20/21

25 0.8923 6.3 7 7.7 8.4

26 0.8724 6.5 7.2 7.9 8.6

27 0.8532 6.6 7.4 8.1 8.8

28 0.8345 6.8 7.5 8.3 9

29 0.8166 6.9 7.7 8.4 9.2

30 0.7992 7.1 7.8 8.6 9.4

Determinacin del peso del suelo residual al final del anlisis. Adicione 10 ml de MgCl2 1M y1 ml de HCl 1M a la suspensin que permanece en la probeta de 1 L, con la finalidad de prevenirla formacin de CaCO3. Sifonear la solucin cuando se ha terminado la floculacin (el suelo esttotalmente sedimentado en el fondo de la probeta, y la solucin est transparente) y descrtela.Transfiera el suelo de la probeta a una cpsula de porcelana, previamente tarada, ayudado con unpoco de agua destilada. Evapore a sequedad a 105 C, y pese hasta peso constante. La diferenciaentre el peso original y el peso encontrado en el cilindro son atribuidos a la prdida de materialdebida a los pre-tratamientos, prdida por solucin, prdida por tamizado, etc. El peso de lamuestra tratada se utiliza como base para calcular las fracciones de las partculas.

El peso total seco puede ser expresado como: Wt = Ws + Wp + Wr, donde: Wt =

Peso total de la muestra tratada

Ws = Peso seco a 105C de las arenas

Wp = Peso seco a 105C corregido de las muestras de suelo pipeteadas Wr =

Peso seco a 105C corregido de limo y arcilla residual, y

Profundidad de la muestra cm

Temperatura

C

20

21

22

23

24

Viscosidad 10-3kg

m-1s-1

1.0042

0.98

0.9569

0.9345

0.9131

4 - 5 5.0 5.5 6.0

horas

5.6

5.8

5.9

6

6.2

6.2

6.4

6.5

6.7

6.9

6.9

7

7.2

7.4

7.6

7.5

7.7

7.9

8.1

8.2


21/21

Clculos. El Cuadro 4 muestra el uso del mtodo de pipeta para determinar el porcentaje deltamao de las fracciones usando una pipeta de 25 ml de capacidad.

Cuadro 4.5.4. Ejemplo para calcular el porcentaje de tres fracciones usando una pipeta de 25 ml

Tamao de Peso Concentracin ConcentracinPorcentaje Partculas de la muestra

mm g ------------------- g/L ------------------- %

0.020 0.114 4.36 4,06 39.8

0.005 0.073 2.92 2.42 23.7

0.002 0.057 2.28 1.78 17.4

Concentracin del dispersante = 0.5 g/L

Peso base seco a 105 C de la muestra tratada, Wt = 10.21

Documents

112748330 Analisis Granulometrico Por Sedimentacion