Laboratorio ENSAYO DEL HIDRÓMETRO

1. ENSAYO:

AASHTO T87-70

AASHTO T88-70

ASTM D421-58

ASTM D422-63

2. OBJETIVO:

El objetivo de este ensayo es el de terminar el porcentaje de limos y arcillas, en suelos que pasan el tamiz Nº 200.

3. FUNDAMENTO TEÓRICO:

El método mas 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 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 especifico 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 especifica de la suspensión AGUA - SUELO en el centro del bulbo. Todas las partículas de mayor tamaño que aquellas que se encuentran aun 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.

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:

v = ((2*s-u)/9*n)*(D/2)^2 (1)

Donde:

v = Velocidad de caida de la esfera, cm/s

s = Peso específico de la esfera, g/cm3

f = Peso específico del fluido (usualmente agua)

n = Viscocidad absoluta, o dinámica del fluido, g/(cm*s).

D = Diametro de la esfera, cm.

g = 980.7 cm/s2.

1g = 980.7 dinas.

Al resolver la ecuación (1) para D utilizando el peso específico del agua, se obtiene:

D = (18*n*v)/(s-w) cm (2)

El rango de los diámetros de partículas de suelo para los cuales esta ecuación es válida, es aproximadamente:

0.0002 =< D =< 0.2 mm

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 s y w 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.

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.

Para nuestro ensayo la lectura del hidrómetro se utilizará para calcular la profundidad efectiva Hr. Con Hr,la temperatura y el tiempo registrada en el momento del ensayo y con la gravedad específica del suelo entramos al "NOMOGRAPHIC CHART FOR SOLUTION OF STOKES' LAW" para encontrar la velocidad y el diámetro de las partículas que se encuentran en la solución.