Manual para Ejercicio de Sedimentación

UNIVERSIDAD INTERAMERICANA DE PUERTO RICO
RECINTO DE BAYAMÓN
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS NATURALES Y MATEMÁTICAS
PROGRAMA DE QUÍMICA AMBIENTAL
Química Analítica Ambiental
CHEM 3015
Granulometría de las Arenas
I.
Introducción
En el estudio de suelos, específicamente en el de sedimento, es
importante conocer la distribución de los granos ya que:
I. Una dispersión o sorteamiento pobre indica que los tamaños del grano
están mezclados o sea que la muestra proviene de un ambiente de
alta energía cómo en una playa, con mínima protección del oleaje.
II. Una buena dispersión o sorteamiento indica que el tamaño del grano
es similar o sea que la muestra proviene de un ambiente de poca
energía cómo en un manglar o pantano, protegidos de la energía de
las olas.
III. Conociendo el tipo de distribución de la muestra, podemos determinar
su ambiente de deposición sin ver el área.
IV. La comparación entre granos bien y pobremente distribuidos la
observamos en la Figura 1.
Sorteamiento/Ordenamiento
Indica la distribución del tamaño de los granos del sedimento (ya sea depósitos un
consolidados o en rocas sedimentarias).
Sorteamiento pobre indica que los tamaños del sedimento están mezclados
(variancia alta). Ambiente de alta energía durante.
Buen sorteamiento indica que los tamaño del sedimento son similares (variancia
baja). Ambiente de baja energía.
El viento forma las dunas de arena, cuyo sedimento es de un buen sorteamiento de
granos finos.
Rocas bien sorteadas son porosas y las pobre sorteadas tienen baja porosidad.
Bien
sorteados
Pobre
sorteamiento
Figura 1. Cómo se comparan los tamaños entre una pobre y buena distribución
En granulometría se utilizan dos técnicas para estudiar los granos del
sedimento:

Técnica #1:
Análisis de pipetas
En esta técnica se determina el tamaño de partículas menores de 0.0625 mm de
diámetro ó 4 Phi (φ), véase Figura 2. Estos granos finos comúnmente son
cohesivos, con cargas electrostáticas y es difícil analizarlos con cedazos. El
sedimento por pipetas se lleva a cabo luego que el sedimento ha sido
dispersado en una solución y las fuerzas cohesivas entre las partículas hayan
sido neutralizadas con soluciones químicas llamadas dispersantes. El más
utilizado es Hexametafosfato de Sodio, el cual se mercadea bajo el nombre de
calgon (calgon 0.5% en 1000 ml de agua destilada). El procedimiento de pipetas
es un análisis a base de la sedimentación de las partículas, ya que el tamaño de
la partícula se determina a base de la velocidad en que los granos se asientan a
través del fluido.

Técnica #2: Análisis utilizando cedazos
En esta técnica se mide el tamaño de los granos mayores de 0.0625 mm de
diámetro ó 4 Phi (φ), véase Figura 2. El estudio mediante tamices se lleva a
cabo después que la muestra de arena ha sido secada en un horno o a
temperatura de ambiente. El tamaño de las arenas se mide mediante el uso de
cedazos o tamices. El principio básico de este procedimiento es el siguiente: una
muestra de arena con un peso conocido se pasa a través de una serie de
cedazos, cada uno con diámetro dado. Los cedazos son colocados en forma
descendente según el diámetro del mismo. Luego los tamices se colocan en un
vibrador mecánico y se vibran por 20 minutos. El peso de sedimento retenido en
cada cedazo es convertido a porciento y con este se obtienen diferentes
parámetros estadísticos cómo histogramas, promedios y la dispersión del grano.
Figura 2. Clasificación del tamaño de los granos del sedimento en Phi,
milímetros y micrones.
II.
Materiales
1) Materiales requeridos para el laboratorio de granulometría.
Siete cedazos con los diámetros desde -1 phi (arena gruesa) a 5 phi
(fango).
2) Una balanza (registre lecturas a dos puntos decimales).
3) Un Horno para secado de muestra de ser necesario.
4) Platos de aluminio o de evaporación (diámetro de 8”) si es requerido
secar la muestra
5) Hojas de papel para verter el sedimento de cada cedazo luego de la
vibración.
6) Papel logarítmico para plotear la curva cumulativa de probabilidad.
III.
Procedimiento
En el análisis granulométrico se separan las arenas (partículas menores
de 0.0625 mm o 4 phi ) de la fracción de fango (partículas de 5 phi o
mayores). Phi es el logaritmo negativo a la base 2 del diámetro de la
partícula en milímetros. No se recomienda el recolectar la muestra de un
área pantanosa o de zona de manglar debido a su alto contenido de
fango.
1) Si la muestra está húmeda, secar en un plato de aluminio donde le dé el
Sol o en un plato de evaporación en un horno a una temperatura de
125°C por lo menos 24 horas.
2) Con unas pinzas extraer todo fragmento vegetal en el sedimento.
3) Pesar 120 g de arena (el mínimo debe de ser 50 g y el máximo 150 g),
poca muestra o un exceso puede generar errores al momento del
análisis.
4) Colocar 120 g de la muestra en el cedazo superior perteneciente a siete
cedazos. Los cedazos están clasificados en sus correspondientes Phi.
También están identificados en paréntesis.
-1 (10), 0 (18), 1 (35), 2 (60), 3 (120), 4 (230) y 5 (pan).
5) Si se utiliza el vibrador del laboratorio de biología, los primeros dos
cedazos superiores (-1 y 0 phi) se agitarán a mano, ya que no hay
cabida para todos los cedazos.
6) Pesar siete hojas de papel (una por cada cedazo).
7) La fracción de cada cedazo se colocada en cada hoja y se
repesan.
8) Buscar la diferencia en peso de cada muestra y se procede al
análisis estadístico.
9) Es sumamente importante no tocar el tamiz, ya que puede
romperse fácilmente. Al limpiar estos cedazos se debe de utilizar
una brocha para evitar dañarlo.
10) La hoja de trabajo lucirá similar a la Figura 3, (en este ejemplo la
cantidad de la muestra vertida en los cedazos fue de 33.42 g).
Hoja de trabajo granulométrico
Screen
opening
(phi)
Weight of
beaker
with sand
(grams)
Weight of
beaker
empty
(grams)
Weight of
sand
(grams)
Cumulative
weight
(grams)
Weight
percent
Cumulative
Weight
percent
-1 (10)
5.27
2.32
2.95
2.95
8.83
8.83
0 (18)
7.27
2.32
4.95
7.90
14.81
23.64
1(35)
15.66
2.30
13.36
21.26
39.98
63.61
2 (60)
11.86
2.31
9.55
30.81
28.58
92.19
3 (120)
4.44
2.31
2.13
32.94
6.37
98.56
4 (230)
2.78
2.32
0.46
33.40
1.38
99.94
5 (pan)
2.31
2.29
0.02
33.42
0.06
100.00
Figura 3. Hoja demostrativa de la hoja de trabajo de un análisis granulométrico.
11) Los valores que se obtenga de la columna del porciento de peso
cumulativo se registrarán en el papel logarítmico. Mientras más
recta sea la diagonal en la gráfica, la distribución de la muestra
será mucho mejor.
12) Luego de registrar los valores, éstos se sustituirán en la fórmula de
dispersión (Figura 4) para clasificar el tipo de distribución.
13) En un programa computarizado esta gráfica luciría similar a la
Figura 5.
14) El resultado de la fórmula de dispersión se compara con la tabla de
clasificación de distribución de sedimentos de Folk y Ward (1957),
véase Figura 6 y se determina el tipo de distribución de la muestra
analizada.
IV.
Análisis Estadístico
Se pueden utilizar métodos gráficos y estadísticos para presentar los
resultados de estos análisis. Entre los diferentes parámetros estadísticos
están: histogramas, curvas de frecuencias, curva acumulativa aritmética,
kurtosis, “skewness” (grado de asimetría de una curva de frecuencia),
mediana y uno de los mas utilizados, el grado de dispersión o
sorteamiento.
Grado de Dispersión:
Con esta fórmula podemos clasificar la distribución de la muestra.
Mientras mas recta sea la diagonal de esta gráfica la distribución de los
granos será mucho mejor. Las siguientes fórmulas del grado de
dispersión y mediana de la muestra nos permiten una comparación
cuantitativa (Folk y Ward, 1957)
Figura 4. Fórmula de dispersión del sedimento de Folk y Ward, 1957.
Curva de Probabilidad cumulativa
La fórmula para determinar esta gráfica requiere los siguientes
valores de φ (phi) de 5%, 16%, 25%, 50%, 75%, 84%, y 95%
Figura 5. Ejemplo de la curva de probabilidad cumulativa al utilizarse un
programa en computadora
Folk y Ward también utilizan la siguiente escala para describir la distribución de
los granos de arena:
Valores en Phi,
Hasta
Descripcción
desde
0.00
0.35
Muy bien distribuido
0.35
0.50
Bien distribuido
0.50
0.71
Moderadamente bien distribuido
0.71
1.00
Moderadamente distribuido
1.00
2.00
Pobremente distribuido
2.00
4.00
Muy pobremente distribuido
4.00
∞φ
Extremadamente mal distribuido
Figura 6. Tabla para determinar el tipo de distribución del sedimento, utilizando
la fórmula de dispersión o sorteamiento de Folk y Ward (1957)
V.
Referencias
Anderson, John, R., Sand sieve analysis: Department of Geology, Georgia
Perimeter College.
http://gpc.edu/janderson/historic/labman/sievean.htm
Folk, R. L., Ward, W.C., 1957. Brazos River Bar: A Study on the
Significance of Grain Size Parameters. Journal of Sedimentary
Petrology,V 27: p 3-27.
Poppe Lawrence, et al; Laboratory procedures: Coastal and Marine
Geology Program, U.S. Geological Survey Open-File Report 2005-1001.
http://woodshole.er.usgs.gov/openfile/2005-1001/html/doc/lab_procedures
4.htm
Pipette Analysis of Silt and Clay.
http://geology.uprm.edu/Morelock/4_image/pipanal.htm