Práctica Hidrómetro: Análisis Granulométrico de Suelos

UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN
MISAEL SARACHO
LAB. MECANICA DE SUELOS
UNIVERSIDAD AUTÓNOMA
JUAN MISAEL SARACHO
PRÁCTICA Nº5
HIDROMETRO
INTEGRANTES:
1. Darío Ciro Ignacio Sullca
2. Carlos Alberto Monzon Vidaurre
3. Jose Andres Isnado Huanca
4. Daniela Cristal Mendoza Estivaris
5. Sergio Gabriel Arroyo
HORARIO:
08:00 am – 10:15 am
FECHA DE REALIZACION DE LA PRACTICA: 23 de junio de 2020
FECHA DE ENTREGA DE LA PRACTICA: 30 de junio de 2020
2
DOCENTE: Ing. Laura Karina Soto Delgado
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ING. LAURA KARINA SOTO DELGADO
GRUPO 2
UNIVERSIDAD AUTONOMA JUAN
MISAEL SARACHO
LAB. MECANICA DE SUELOS
HIDROMETRO
INTRODUCCIÓN
El análisis hidrométrico se basa en la Ley de Stokes, la cual relaciona la velocidad de una
esfera, cayendo libremente a través de un fluido, con el diámetro de la esfera. Se asume
que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado, con partículas de
varias formas y tamaños.
El hidrómetro se usa para determinar el porcentaje de partículas de suelos dispersados, que
permanecen en suspensión en un determinado tiempo. Para ensayos de rutina con fines de
clasificación, el análisis con hidrómetro se aplica a partículas de suelos que pasan el tamiz
de 2.00 mm (No.10) para suelos granulares.
Cuando se quiere más precisión, el análisis con hidrómetro se debe realizar a la fracción de
suelo que pase el tamiz de 75 pm (No.200) para suelos finos.
I.
OBJETIVOS:
A. OBJETIVOS GENERALES:

Determinar la distribución granulométrica del material que pasa el tamiz Nº
200, basándose en la relación de la velocidad de una esfera que cae
libremente a través de un fluido y su diámetro.

Establecer el % de limo y de arcilla de una muestra de suelo
B. OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Utilizar adecuadamente el hidrómetro para realizar un análisis
granulométrico de la muestra de suelo.

Clasificar el suelo de acuerdo a normas estándar de clasificación.

Graficar la curva granulométrica a través de los datos del análisis del
hidrómetro.
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GRUPO 2
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II.
LAB. MECANICA DE SUELOS
FUNDAMENTO TEORICO:
Análisis de hidrómetro.
El análisis de hidrómetro se basa en el principio de la sedimentación de los granos del
suelo en agua. Cuando una muestra de suelo se dispersa en agua, las partículas se
depositan a diferentes velocidades, en función de su forma, tamaño y peso. Por
simplicidad, se supone que todas las partículas de suelo son esferas y que la velocidad de
las partículas del suelo puede ser expresada por la ley de Stokes, según la cual:
𝑣=
𝜌𝑠 − 𝜌𝑤 2
𝐷
18𝜂
Donde:
𝑣 = velocidad
𝜌𝑠 = densidad de las partículas del suelo
𝜌𝑤 = densidad del agua
𝜂 = viscosidad del fluido
𝐷 = diámetro de las partículas del suelo
Así de la ecuación:
18𝜂𝑣
18𝜂
𝐿
√
𝐷=√
=√
𝜌𝑠 − 𝜌𝑤
𝜌𝑠 − 𝜌𝑤 𝑡
donde
𝑣=
𝑑𝑖𝑠𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎
𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜
=
𝐿
𝑡
𝜌𝑠 = 𝐺𝑒 𝜌𝑤
2
En consecuencia, al combinar las ecuaciones, se obtiene:
0
18𝜂
𝐿
√
𝐷=√
(𝐺𝑒 − 1)𝜌𝑤 𝑡
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Hegemonizando unidades, obtenemos:
𝐷(𝑚𝑚)
18𝜂[𝑔 ∙ 𝑠⁄𝑐𝑚2 ]
𝐿(𝑚)
√
=√
10
(𝐺𝑒 − 1)𝜌𝑤 (𝑔⁄𝑐𝑚3 ) 𝑡(min) × 60
30𝜂
𝐿
√
𝐷=√
(𝐺𝑒 − 1)𝜌𝑤 𝑡
Suponiendo que 𝜌𝑤 es aproximadamente igual a 1 𝑔⁄𝑐𝑚3, se tiene:
𝐿
𝐷 = 𝐾√
𝑡
Donde:
30𝜂
𝐾=√
(𝐺𝑒 − 1)
Observe que el valor de 𝐾 es una función de 𝐺𝑒 y 𝜂, que son dependientes de la
temperatura de la prueba. La variación de 𝐾 con la temperatura de la prueba y 𝐺𝑒 se
muestra en la tabla.
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En el laboratorio, la prueba de hidrómetro se lleva a cabo en un cilindro de sedimentación
con 50 g de la muestra secada al horno. El cilindro de sedimentación tiene 457 mm de
altura y 63.5 mm de diámetro. Está marcado para un volumen de 1000 ml. El
hexametafosfato de sodio se usa generalmente como agente dispersante. El volumen de
la suspensión de suelo dispersa se lleva hasta 1000 ml mediante la adición de agua
destilada.
Cuando se coloca un hidrómetro tipo 152H ASTM (ASTM, 2010) en la suspensión del suelo
(como se muestra en la figura 1) en un tiempo t, medido a partir del comienzo de la
sedimentación, éste mide la gravedad específica en las proximidades de su bulbo a una
profundidad L. la gravedad específica es una función de la cantidad de partículas
presentes por unidad de volumen de suspensión a esa profundidad. También en un
tiempo t las partículas de suelo en suspensión a una profundidad L tendrán un diámetro
menor que D, tal como se calcula con la ecuación, y las partículas más grandes se han
asentado fuera de la zona de medición. Los hidrómetros están diseñados para dar la
cantidad de suelo, en gramos, que aún está en suspensión.
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Los indicadores de humedad están calibrados para suelos que tienen una gravedad
específica (Ge) de 2.65; para los suelos de otra gravedad específica es necesario hacer
correcciones.
Al conocer la cantidad de suelo en suspensión, L y t, se puede calcular el porcentaje de
suelo por el peso más fi no de un diámetro dado. Tenga en cuenta que L es la profundidad
medida desde la superficie del agua hasta el centro de gravedad del bulbo del hidrómetro
en el que se mide la densidad de la suspensión. El valor de L va a cambiar con el tiempo t y
su variación con las lecturas del hidrómetro se da en la tabla 2 El análisis de hidrómetro es
eficaz para la separación de fracciones del suelo hasta un tamaño de alrededor de 0.5𝜇.
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En muchos casos los resultados del análisis de tamiz y del análisis de hidrómetro para las
fracciones más finas de un suelo dado se combinan en un gráfico granulométrico. Cuando
se combinan estos resultados generalmente se produce una discontinuidad en el intervalo
donde se superponen. Esta discontinuidad se debe a que las partículas del suelo son
generalmente de forma irregular. El análisis de tamiz da las dimensiones intermedias de
una partícula; el análisis de hidrómetro da el diámetro de una esfera equivalente que
pueda depositarse al mismo ritmo que la partícula del suelo.
III.
MEMORIA:
Primeramente, mencionaremos los materiales que se usan para realizar dicha práctica:









Hidrómetro
Termómetro de 0 a 100°C
Probeta graduada de vidrio de 1000ml.
Tamices N°10 y N°200
Agua destilada
Silicato de sodio
Cronometro
Silicato de sodio
Batidor
MUESTRA
Se requiere muestra de suelo seco, si no se encuentre seco de determina el contenido
de humedad por el método del h0rno y el peso depende de la característica de suelo:


Arenosos, que pasa el tamiz N°10 es de 75 a 100gr.
Limos y arcillas, que pasa el tamiz N°200 de 50 a 60gr.
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PROCEDIMIENTO

Se pesa la muestra de suelo de acuerdo a las características del suelo que se
tiene.

Se prepara la solución con agua destilada que tiene que ser preparada al 4% en
1000ml.

De la solución sacamos 125ml y luego se satura la muestra echando la solución
con el des floculante con una concentración del 4%.

Se satura la muestra con los 125ml. Durante 24 horas.

Luego se pone en un recipiente donde se pueda medir el material, se le puede
aumentar al vaso 2/3 de agua para poder batir.

Se bate durante un minuto, si el tiempo de sedimentado es de una hora se debe
batir durante 5 minutos. (se recomienda batir durante 10 minutos para que el
suelo este totalmente disperso).

Luego vaciamos toda la mescla a una probeta y la llenamos hasta el enrace con
agua destilada normal y se dejamos sedimentar.

Se prepara la probeta patrón con 125ml de solución y se llena el resto del
recipiente con agua destilada.

Tapamos la probeta que tiene el suelo, lo agitamos con movimientos de arriba
hacia abajo.

Luego se introduce en hidrómetro para tener lecturas de tiempo en 1, 2, 3, 4
minutos y al mismo tiempo tomando lectura del termómetro medimos la
temperatura (la probeta patrón y la probeta de ensayo no debe variar con más
de 1°).
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
Se vuelve a realizar el mismo procedimiento para tiempo de 2, 4, 6, 8, 15, 30,
60 minutos y luego cada 24 horas.

Registramos el tiempo, la temperatura y la lectura del hidrómetro.
IV.
DATOS, CALCULOS Y RESULTADOS:
En esta tabla las casillas coloreadas están los datos que obtuvimos en laboratorio o que la
docente nos proporcionó.
DATOS
Peso del Suelo Ws
69 g.
%w
6.15
Gs
2.71
HIDROMETRO 152 H
Las casillas en blancos tendremos que calcularlos de las siguientes formas:
1. Para calcular el tiempo transcurrido en min, se debe tomar la hora de lectura el
inicial que sería 08:45 y restar con el siguiente tiempo que sería 08:46, la diferencia
seria de 1min. Este es el resultado y lo anotamos en la tabla, y así sucesivamente
tomamos de nuevo el inicial y lo restamos con el siguiente tiempo, y la diferencia
es el resultado en minutos.
2. Ahora hacemos la primera corrección por menisco, calculando R:
𝑅 = 𝑅´ + 1
Donde:
R: Lectura Corregida
R´: Lectura Real
𝑅 = 55 + 1 = 56
𝑅 = 50 + 1 = 51
2
𝑅 = 48 + 1 = 49
0
Hasta completar los datos en esa columna se hace de esa forma
2
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3. Ahora hacemos la segunda corrección que sería la determinación de L.
Para poder determinar L se debe usar una tabla de valores de profundidad
efectiva basados en hidrómetro y cilindros de sedimentación dados.
La tabla varía dependiendo del tipo de hidrómetro que usemos, en nuestro caso
usaremos el HIDRÓMETRO 152 H.
Dependiendo de la Lectura que obtuvimos del hidrómetro en la práctica, nos
fijamos en la tabla y ponemos el dato de la tabla de profundidad efectiva
respectivamente a que profundidad dicta los datos.
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0
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4. Luego procedemos a calcular la tercera corrección que es la constante K, donde
tenemos que usar otra tabla.
Con el dato que tenemos de la gravedad especifica Gs=2.71, usamos la tabla y
buscamos la gravedad especifica más cercana a 2.71.
Como vemos en la tabla los datos más cercanos a 2.71 son entre 2.7 y 2.75,
entonces en base a la temperatura más, tenemos que interpolar entre esos dos
datos, tomando en cuenta la temperatura para obtener la constante K.
La interpolación lo realizamos con la calculadora, y directamente lo calcula y da el
resultado de la constante K, el resultado será colocado directamente en la tabla.
5. Ahora calcularemos o determinaremos la velocidad en la cual cada partícula va
sedimentándose, en que tiempo se va sedimentando, con la siguiente formula:
2
0
𝐿
𝑡
2
0
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Donde:
L: profundidad efectiva o longitud efectiva.
t: tiempo transcurrido min.
De la siguiente forma:
7.1
1
= 7.1
7.9
3
= 2.633
8.3
7
= 1.186
Y así todos los datos correspondientes hasta completar la tabla.
6. Ahora hacemos la 4ta corrección por temperatura, donde usaremos una tabla en
función a la temperatura.
Donde se debe sumar o restar los coeficientes de la lectura corregida R
dependiendo de la temperatura que tenemos, y lo anotamos en la tabla CT.
7. Luego calculamos el diámetro de la partícula D mm.
Donde usaremos la siguiente formula:
2
𝐷 (𝑚𝑚) = 𝐾√(𝐿/𝑡)
0
2
0
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Donde:
D(mm): diámetro de la partícula.
K: constante de la gravedad especifica Gs.
L: profundidad efectiva
t: tiempo trascurrido min.
𝐷(𝑚𝑚) = 0.01303√7.100 = 0.0347
𝐷(𝑚𝑚) = 0.01303√2.633 = 0.0211
𝐷(𝑚𝑚) = 0.01303√1.186 = 0.0142
Así hasta completar esa columna de la tabla.
8. Y por último calculamos el porcentaje más fino con la siguiente formula:
% 𝑚𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =
100 ∗ 𝑎
∗ (𝑅𝑐)
𝑊𝑠
Donde:
𝑎: factor de corrección.
Ws: peso total de la muestra.
Rc: lectura corregida.
El factor de corrección (𝑎) se lo obtiene mediante datos de una tabla que se
mostrara a continuación:
2
0
2
0
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Como nuestro dato de peso o gravedad especifica es Gs=2.71 debemos interpolar
entre los números cercanos a 2.71 y resolverlo en la fórmula para así hallar el
porcentaje más fino.
Donde: 𝑎 = 0.985
% 𝑚𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =
100 ∗ 0.985
∗ (56.400) = 80.5130
69
% 𝑚𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =
100 ∗ 0.985
∗ (51.400) = 73.3754
69
% 𝑚𝑎𝑠 𝑓𝑖𝑛𝑜 =
100 ∗ 0.985
∗ (49.400) = 70.5203
69
Así hasta terminar de llenar la tabla.
Fecha
22/06/2020
22/06/2020
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22/06/2020
22/06/2020
22/06/2020
23/06/2020
24/06/2020
25/06/2020
26/06/2020
27/06/2020
Hora Tiempo
Lectura Lectura Prof.
Temp.
Constante
de
Transc.
Real Correg. Efec.
L/t
°C.
K Tabla
Lectura Min.
R´.
R.
L.
08:45
08:46
08:48
08:52
08:56
09:04
09:12
09:27
09:42
10:12
10:42
11:14
17:02
09:51
09:51
09:51
09:51
09:51
0
1
3
7
11
19
27
42
57
87
117
149
497
1506
2946
4386
5826
7266
0
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
22
23
20
23
23
23
0
55
50
48
45
39
33
29
25
19
14
11
9
8
5
3
1
0
0
56
51
49
46
40
34
30
26
20
15
12
10
9
6
4
2
1
0
7,1
7,9
8,3
8,8
9,7
10,7
11,4
12
13
13,8
14,3
14,7
14,8
15,3
15,6
16
16,1
0
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01303
0,01288
0,013345
0,01288
0,01288
0,01288
0
7,100
2,633
1,186
0,800
0,511
0,396
0,271
0,211
0,149
0,118
0,096
0,030
0,010
0,005
0,004
0,003
0,002
Ct
0
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,400
0,700
0
0,700
0,700
0,700
Lectura Diámetro
% Más
Correg. Partícula
Fino
Rc.
mm.
0
56,400
51,400
49,400
46,400
40,400
34,400
30,400
26,400
20,400
15,400
12,400
10,400
9,700
6,000
4,700
2,700
1,700
0,075
0,0347
0,0211
0,0142
0,0117
0,0093
0,0082
0,0068
0,0060
0,0050
0,0045
0,0040
0,0022
0,0013
0,0010
0,0008
0,0007
0,0006
100
80,5130
73,3754
70,5203
66,2377
57,6725
49,1072
43,3971
37,6870
29,1217
21,9841
17,7014
14,8464
13,8471
8,5652
2
6,7094
3,8543
0
2,4268
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Donde obtuvimos la siguiente gráfica de distribución granulométrica.
DISTRIBUCION GRANULOMETRICA
100
90
80
% mas fino
70
60
50
40
30
20
10
0
1
0,1
0,01
0,001
0,0001
Diametro de la particula mm.
% Limo parcial:74.01
% Arcilla Parcial: 25.99
2
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V.
LAB. MECANICA DE SUELOS
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES:
Algunas conclusiones y recomendaciones que hemos obtenido para esta práctica son las
siguientes:
 Concluimos lo importante que es realizar el ensayo del hidrómetro para suelos
coluvial como el nuestro ya que refleja cabalidad el tamaño de sus partículas que
un análisis por cribado normal.

Aprendimos cómo funciona el método del hidrómetro basándose en la
sedimentación de las partículas como se vio, las de mayor diámetro se
sedimentaron más rápido que las de diámetro pequeño.

Las apreciaciones de los resultados nos dejan satisfechos ya que se asemejan a
datos vistos en teoría que encajan en el rango, teniendo en cuenta que un suelo no
es igual a otro.

Como en nuestro departamento se encuentra suelos coluviales es recomendable
realizar el ensayo del hidrómetro para ver estas características granulométricas de
nuestro suelo, para tener datos claros y concisos ya que la granulometría es la
característica importante a conocer en un suelo.
Como algunas recomendaciones para nuestra práctica tenemos las siguientes:

Tener cuidado a la hora de pesar el material porque al generarse pérdidas el
resultado varía considerablemente.

Realizar la correcta agitación del suelo con el defloculante para que la solución sea
homogénea.
VI.
CUESTIONARIO:
1. Realice un breve comentario sobre el método utilizado, haciendo notar sus
curiosidades y sugerencias acerca del ensayo realizado.
Presenta específicamente los procedimientos y tipo de suelo a utilizar dando
facilidad para ponerlo en práctica, pero quizá se podría poner algunas alternativas
para reducir el tiempo de reposo y los tiempos de mediciones.
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2. ¿Explique en que se basa el ensayo?
Este método se basa en la Ley de Stokes, la cual relaciona la velocidad de una esfera,
cayendo libremente a través de un fluido, con el diámetro de la esfera.
Se asume que la ley de Stokes puede ser aplicada a una masa de suelo dispersado,
con partículas de varias formas y tamaños.
El hidrómetro se usa para determinar el porcentaje de partículas de suelos
dispersados, que permanecen en suspensión en un determinado tiempo. Para
ensayos de rutina con fines de clasificación, el análisis con hidrómetro se aplica a
partículas de suelos que pasan el tamiz de 2.00 mm (N° 10).
Para más precisión, el análisis con hidrómetro se debe realizar a la fracción de suelo
que pase el tamiz de 74 µm (N° 200).
3. ¿Explique cuál es la diferencia entre la granulometría por el método mecánico y
por el hidrómetro?
La diferencia es que el método mecánico se utiliza para determinar la distribución
por tamaño de las partículas de los áridos finos y gruesos mediante el uso de
tamices, mientras que el método del hidrómetro cubre la determinación
cuantitativa de la distribución
de tamaños de las partículas en suelos. La
distribución de tamaños de las partículas mayores a 75 μm (retenidas en la malla
200) es determinado por tamizado, mientras que la distribución de tamaños de
partículas menores a 75 μm es determinado por un proceso de sedimentación
usando un hidrómetro para obtener los datos necesarios.
4. Porque existe la necesidad de realizar este ensayo.
Este método es necesario ya que gracias a él se permite hacer la determinación
indirecta de los porcentajes de partículas que pasan el tamiz No. 200, es el del
hidrómetro, basado en la sedimentación de un material en suspensión en un líquido.
El hidrómetro sirve para determinar la variación de la densidad de la suspensión con
el transcurso del tiempo y medir la altura de caída del grano de tamaño más grande
correspondiente a la densidad media. Si se distribuye un gran número de granos de
suelo en un líquido y se sumerge un hidrómetro, el empuje hidrostático en el bulbo,
es igual al peso de la suspensión desalojada por el bulbo. El hidrómetro mide el
promedio de la densidad de la suspensión desalojada por el bulbo.
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5. Como podría usted determinar el contenido de arcilla y limo de un suelo.
El método del hidrómetro es el más efectivo para determinar el contenido de limo
y arcilla ya que este método es utilizado para las partículas menores a 75 μm, con lo
cual las partículas de limos y arcillas son menores a 75 μm.
VII.
BIBLIOGRAFIA:
 Libro mecánico de suelos (belliscovirtual.com)
 Libro de Mecánica de suelos (De civilgeeks.com
 Fundamento de Ingeniería Geotécnica 4° edición, Braja M. Das, 2013
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