1.6: Análisis del tamaño de partícula: El método del hidrómetro

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Propósito:

El propósito de este ejercicio es presentarle una de las técnicas de laboratorio más comunes para determinar la distribución del tamaño de partícula del suelo y la clase de textura del suelo.

Resultados de aprendizaje:

Al finalizar este ejercicio deberá ser capaz de:

determinar el porcentaje de arena, limo y arcilla de una muestra de suelo usando el método del hidrómetro
clasificar la clase textural del suelo

Antecedentes:

El método del hidrómetro es un método comúnmente utilizado para determinar con precisión la distribución del tamaño de partícula en una muestra de suelo. Como su nombre lo indica, se utiliza un hidrómetro; un hidrómetro es un instrumento que se utiliza para medir la gravedad específica de un fluido. La base para esta prueba es la Ley de Stoke para la caída de esferas en un fluido viscoso en el que la velocidad terminal de caída depende del diámetro de grano y de las densidades de los granos en suspensión y del fluido. Así, el diámetro de grano se puede calcular a partir del conocimiento de la distancia y el tiempo de caída. El hidrómetro también determina la gravedad específica (o densidad) de la suspensión, y esto permite calcular el porcentaje de partículas de cierto diámetro de partícula equivalente.

El método del hidrómetro es útil solo para medir partículas con un diámetro de grano de 2 mm o menos (arenas, limos y arcillas). Con base en la Ley de Stoke, se sabe que las partículas de tamaño de arena (0.05 mm a 2 mm) caen rápidamente de la suspensión. Las partículas de tamaño más pequeño de limo (0.002 mm a 0.05 mm) permanecen en suspensión más tiempo, pero eventualmente caen de la suspensión. Las partículas del tamaño de arcilla (menos de 0.002 mm) son lo suficientemente pequeñas como para permanecer en suspensión indefinidamente. Por lo tanto, son necesarias dos lecturas del hidrómetro para determinar la distribución del tamaño de partícula. La primera lectura da una medida del porcentaje de limo y arcilla en suspensión. La segunda lectura da una medida del porcentaje de arcilla en suspensión. Al restar la segunda lectura de la primera, se puede determinar rápidamente el porcentaje de limo. Además, al saber que la muestra debe sumar al 100%, también se puede determinar rápidamente el porcentaje de arena. Los cálculos para este método se proporcionan a continuación.

Una vez que se conoce el porcentaje de arena, limo y arcilla para una muestra, el suelo se puede clasificar por clase textural usando el triángulo textural.

Equipo requerido:

Espátula de suelo
Cilindro graduado de 100 mL
Equilibrio de carga superior
Botella de agua R-O
Marcador Sharpie
Papel de pesaje
Émbolo de cilindro
Calculadora
Frasco Erlenmeyer de 250 mL (3)
Cilindros graduados de 1000 mL
Termómetro Fahrenheit
Hidrómetro de flotabilidad calibrado a 68 F
Muestras de suelo
Tazas mezcladoras y mezcladoras electrónicas
Solución de Calgon al 5%- (Hexametafosfato de sodio- Na ₆ (PO ₃) ₆) se crea mezclando 50 gramos de polvo de Calgon en 1 litro (1000 mL) de agua destilada. Voy a tratar de reabastecer siempre- pero ahora tienes la receta por si acaso!

Ejercicio:

Coloca 50 gramos de tu muestra de tierra seca, molida y tamizada en un matraz Erlenmeyer de 250 mL. Agregue 100 mL de solución de Calgon al 5% a la muestra, tapar el matraz y arremolínelo hasta que la solución y el suelo estén bien mezclados (varios minutos). Dejar reposar la mezcla durante la noche (un mínimo de 12 horas) para permitir que la solución disperse eficazmente las separaciones del suelo (arena, limo, arcilla).
Transfiera la mezcla de suelo-Calgon del matraz a la taza mezcladora eléctrica. Use una botella de agua para enjuagar completamente todo el material del matraz en la taza de mezcla. Llene el vaso mezclador con agua a aproximadamente 3 pulgadas de la parte superior. Coloque la taza a la batidora y revuelva por 3 minutos.
Retire y baje lentamente la taza de mezcla para que la hélice del mezclador esté justo por encima del nivel del agua. Use una botella de agua para enjuagar toda la mezcla de tierra restante en la varilla de mezcla y la hélice en la taza.
Vacíe la taza mezcladora de tierra, Calgon y agua en un cilindro graduado de 1000 mL. Lave completamente los residuos restantes de la taza mezcladora con una botella de agua en el cilindro graduado y continúe llenando el cilindro graduado a la marca de 1000 mL. Todo el material del suelo debe estar por debajo de la marca de 1000 mL
Inserte el émbolo en el cilindro graduado y mezcle suavemente la tierra hasta obtener una suspensión uniforme (al menos 30 segundos). Asegúrese de que un reloj con segundero sea fácilmente visible y que tenga a mano un hidrómetro limpio.
Tan pronto como retire el émbolo, verifique la hora exacta, grabe/recuerde, enjuague rápidamente el émbolo en el cilindro graduado usando la menor cantidad de agua posible, e inserte suavemente el hidrómetro en la suspensión. Transcurridos 40 segundos desde el momento en que se retiró el émbolo, se leyó y se registró la lectura del hidrómetro de 40 segundos.
Retire el hidrómetro, enjuáguelo limpio, seque con un paño y vuelva a colocarlo en su funda protectora.
Para corregir los efectos de temperatura y densidad del agente de dispersión, mezcle 100 mL de Calgon al 5% y 880 mL de agua destilada en un cilindro graduado limpio de 1000 mL y déjelo reposar durante dos horas. (NOTA: 100 mL + 880 mL = 980 mL... los 20 mL faltantes representan el volumen aproximado ocupado por 50 gramos de suelo).
Después de que hayan transcurrido 2 horas, tome otra lectura del hidrómetro de la solución del suelo y registre la lectura del hidrómetro de 2 horas. Retire y limpie el hidrómetro.
Coloque el hidrómetro limpio en una solución de agua-Calgon y registre la lectura del hidrómetro en blanco. Esto permite la calibración del hidrómetro para tener en cuenta las diferencias de temperatura.
Coloque el termómetro en una solución de agua-Calgon y lea la temperatura. Si la temperatura es superior a 68◦ F, agregue 0.2 unidades a la lectura del hidrómetro en blanco para CADA grado por encima de 68◦. Si la temperatura es inferior a 68 ◦ F, reste 0.2 unidades de la lectura del hidrómetro en blanco para CADA grado por debajo de 68 ◦ F. Registre esto como la lectura corregida del hidrómetro.
Reste la lectura corregida del hidrómetro en blanco de las lecturas del hidrómetro de 40 segundos y 2 horas para calcular lecturas calibradas de 40 segundos y 2 horas.
Calcular los porcentajes de arena, limo y arcilla en la muestra de suelo usando las siguientes ecuaciones:% Arcilla = (lectura calibrada de 2 horas) x (100/peso de la muestra)% Limo = (lectura calibrada de 40 segundos) x (100/peso de la muestra) - (%arcilla)% Arena = 100 — (%limo +% arcilla)

Ejemplo:

40 segundos de lectura = 37 g

Lectura de 2 horas = 16 g

Lectura del hidrómetro en blanco = 4 g

Temperatura = 74 o F

Lectura corregida del hidrómetro = 5.2 g = (4 g + 1.2 g de corrección de temperatura)

Lectura calibrada de 40 segundos = 31.8 g = (37 g — 5.2 g)

Lectura calibrada de 2 horas = 10.8 g = (16 g — 5.2 g)

% arcilla: 10.8 g x (100/50g) = 21.6% arcilla

% limo: (31.8g x 100/50g) -21.6 = 42% limo

% arena: 100 — (42 + 21.6) = 36.4% arena

Clase textural = marga

	Muestra 1	Muestra 2	Muestra 3
40 segunda lectura:
Lectura de 2 horas:
Lectura en blanco:
Temperatura:
Hidrómetro corregido:
Calibrado 40 segundos:
Calibrado 2 horas:
% arcilla:
% limo:
% arena:
Clase textural:

** Debes entregar una hoja que muestre todo el trabajo para tus cálculos. **