Curva granulometrica

5/10/2018 Curva granulometrica

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188 Univ. Nal. Aut6n. Mexico, Inst. GeologiRevista, vol. 2, num. 2 (1918), P.188-19

METODO SIMPLIFICADO DE ANALISIS PARA LA CLASIFICACION GRA-NULOMETRICA DE LOS MINERALES DEL SUELOMariano Villegas-Soto*Nicolas Aguilera-Herrera"Lourdes Flores-Delgadillo*.

RESUMENSe compararon las diferencias que .existen entre algunas tecnicas de an8lisis bien cone-cidas, utilizando suelos de diferentes regiones de Mexico, con objeto de elaborar un metodasencillo que agrupase particulas mineraIes, para comprender Ia textura del suelo y distin-

guir sus distintos tipos y series. .Se emplearon los defloculantes mas conocidos y se varia el metodo de agitaciOn; lie-elimino la materia organica de algunos suelos y, para medir la textura, se utilizO tantoel metodo de Ia pipeta, como el del hidrometro.Se elaboro una formula para poder obtener el diametro, desde el tiempo de asenta-miento, hasta la lectura con el hidrOmetro. Para cuantificar la muestra, fue necesaria lacomparacion de los valores porcentuales con los diametros,Los resultados que se obtuvieron con esta tecnica pueden compararse con los del me-todo de la pipeta.ABSTRACT

Differences among some well-known techniques of analysis were compared, utilizingsoils from different parts of Mexico, to achieve a simple method for grouping mineral part-icles, with the purpose of understanding soil texture to distinguish soil types and series.The most popular defloculants were used and the agitation method was varied; fromsome soils, organic matter was eliminated and both pipette and hydrometer methods wereused to measure texture.A relatively simple formula was worked out to obtain. diameter from time of settlingand hydrometer reading. The plotting of percentage values obtained against diameters, wasfound indispensable for the quantification of the sample.Results obtained with this technique may be compared with those obtained by thepipette method.ANTECEDENTES

El presente estudio se realizd debido a las difi-cultades que existen para cuantificar lotes de p'ar-ticulas minerales tales como limos (50 - 2 . p o ) , arcillas(menos de 2 p . de diametro) y otras subfracciones.Para llevar a cabo este tipo de analisis, los metodosutilizados mas comUnmente son los de pipeta y elhidr6metro; y se basan en Ia sedimentacion gravita-cional, de acuerdo con Ia ley de Stokes.El primero se considera como mas.preciso, perorequiere de mayor tiempo; en cambio, el hidrOmetrointroducido por Bouyoucos (Bouyoucos, 1927) esmas sencillo, hace posible fraccionar las particulasde limo y permite conocer el comportamiento delagua en el suelo (Jenison y Kruth, 1955).El hidrometro (Figura 1) esta graduado paraleer directamente gramos de suelo por litro de so-lucien a 20 C, y se supone que determina la den-sidad en el centro de volumen, despues de corregirel desplazamiento de parte del liquido del bulbo quese origina, cuando se introduce en la suspension delsuelo (American Society for Testing Materials,1958)..

EI objetivo del presente estudio fue encontrarun procedimiento que, siendo relativamente sencilIo,se ajustase a las leyes de sedimentacion, ligando untiempo dado con una profundidad conocida de par-e ticulas y buscando en todo momento concordanciaadecuada entre los metodos de hidrometro y pipeta. "Instituto de Geologia, Universidad Nacional Autanoma t i e "Mexico, Ciudad Unioersitaria, Mexico 20, D. F.

10 1-+-----.20

30

40 1-+---,

Figura 1.-Caracteristicas dimensionales del hidr6metro dBouyoucos ASTM 152H para la f6rmula 2 sugerida en este articulo. Los valores R (gramopor litro) miden la profundidad efectiva en cmconsiderando a r . . . igual a 14 cm, V. (volumedel bulbo) igual a 80 em y A (area de la probeten donde se encuentra la suspension) igual21.+ em.


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PROCEDIMIENTO EXPERIMENTALCLASIFICACION GRANULOMETRICA DE LOS MINERALES DEL SUELO 189

Si 'nos referimos a la capa superficial del suelo,en este tipo de analisis se obtiene la parte mineral,eliminando 18 materia organica y separando lotes departiculas en forma tal que proporcionen caracteris-ticas fisicas definidas a los suelos, .Las mayores de 2 rom a 50 micras se separansirviendose de tamices, y las de menor diametro,debido a las cargas eIectricas que las caracterizan,tienden a formar agregados 0 a permanecer aisla-das, segun el tipo de cationes que se adhieran a lasmicelas coloidales, originando con ella errores fre-cuentes en el cuenteo y clasificacion de las parti-culas minerales.En este tipo de analisis, los porcentajes de losdiferentes Iotes dependen de tres variables:Tiempo de sedimentaci6n (t)Profundidad a 1a que se toma la muestra (h)Diametro maximo uellote interesado (d)La formula que liga estas cantidades es: hit =Kd'La K es una constante que depende del peso es-pecifico del suelo, de la aceleracion debida a la gra-vedad del lugar, de la viscosidad y densidad delagua.Cuando sa usa la pipeta, la h generalmente to-ma el valor de 10 em y se calculan los tiempos que.corresponden a un diametro determinado por 10 que,en este caw, la unica variable es el tiempo en quela suspensi6n permanece en repose, no asi en elcaso del hidrometro, en donde se puede fijar eltiempo, pero la h y la d son dos variables dependien-tes de la densidad de la suspension que, naturalmen-te varian con el tiempo, por 10 que con este metodoes' necesario hacer una grafica con los porcentajescomo ordenadas y los diametros como abscisas paraconocer la variacion de la curva acumulativa y de-ducir los lotes de particulas que hacen posible laclasificacion del suelo.Las formulas que se utilizaron en estos expe-rimentos fueron las siguientes:P=(Ra/W) 100 ". (1)

V 98.5-Rd = 5.57 (2)tEn donde:P =porcentaje de las particulasR = lectura del hidrometro en gramos por litrode suspensiona = constante que depende del peso especi.ficode la muestra y que aproximadamentetoma el valor de 1Wo = peso en ~amos de la muestra usada enel analisisd = diametros maximos y minimos en micrast =tiempo de re~ de la suspension en mi-nutos

MATERIALES Y METODOSEn el primer experimento, se utilizaron comovariables las diferentes substancias defloculadorasque generalmente se usan en los Iaboratorios, con12 tratamientos y dos repeticiones, eliminando enseis de enos la materia organica,Las muestras tratadas fueron de 10 gr de sueloy 500 ml de los reactivos, se agitaron durante unahora y se hicieron tomas con pipeta en Ia suspen-sion del suelo a los 14 minutos y a una profundidadde 2 em: los diametros encontrados fueron menoresde 5 nrlcras y los resultados se muestran en laTabla 1.Este experimento indica: (1) variabilidad enlos resultados obtenidos; (2) que los mejores deflocu-ladores son el metafosfato, el silicato y el oxalatode sodio, y (3) que, eliminando la materia orga-nica, se obtiene una mejor suspension del suelo Y:por 10 , mismo, porcentajes mas altos del materialen suspension.En un segundo experimemo ~e tomo un suelodel Estado de San Luis Potosi, con un pH de 8.7;un segundo del Estado de Veracruz con un pH de0.1; Y un tercero de Xochimilco, D. F., con un pHde 6.7. Los dispersantes utilizados Iueron: agua des-tuada, oxalato de sodio 1% , metasilicato de sodio1%, Calgon 4%, Sigmaclin 0.1% e hidroxido deamonio concentra do.Se hicieron cuatro repeticiones para cada tipode suelo. A 10 gr se les agrego 20 ml del disper-sante y 380 ml de agua destilada para completar unvolumen total de 400 mI. Despues de agitar durante.30 minutos, se tomaron muestras con pipeta de 2\)em" a una profundidad de 5 em, para obtener par-ticulas de 8 micras 0 menos, se Ie resto al peso del

suelo secado en la estufa a 110 C el dispersanteagregado. En la Figura 2 se muestran los resultadoslogrados en el suelo de San Luis Potosi: las colum-nas en blanco indican las variaciones comparativasen gramos obtenidas, al usar diferentes defloculan-tes; las del interior punteado, las diferencias entremedias, tomando como medida comparativa el pesodel suelo secado en la estufa, cuando se uso el aguadestilada. Cualquiera de estas ordenadas, mayor qU2la de la columna cuadriculada, muestra una dife-rencia significative en un 5%. Se obtuvieron resul-tados semejantes a los de esta grafica para los suelosde Veracruz y Xochimilco.Como se puede observar, el oxalato de sodio, elmetasilicato de sodio y el Calgon, con los valoresmas altos, tienen diferencia significativa cuando secomparan con los defloculantes restantes, 10 que noslleva a concluir nuevamente que son los mejoresagentes defloculadores.En un tercer experimento se hicieron variar lassubstancias quimicas defloculantes, el tiempo de re-poso y las formas de agitacion de las suspensionesde suelos. Los tratamientos sugeridos fueron:

~a) - Sin eliminar materia organicaN) - Con Calgon y agitacion intensiva.(2) - Con Calg6n, agitacion intensive y re-poso durante toda la neche,(3) - COn Calgon y agitacion durante todala noche.


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190 VIILEGAS-SOTO, AGUILERA-HERRERA y FLORES-DELGADILLO

Tabla 1.-Poreentajes de partieulas de 5 mieras 0 menos obtemaos con diferentes defloculantes.

Reactivo Con materiaNum, Tratamiento defloculador organice1 NH.OH 0.1 N 0.88%2 Na,C.O. 0.1 N 5.883 Na,CO. 0.1 N 3.894 Na2SiO. 0.1 N 6.605 Na.(PO.)6 0.1 N 26.106 Sigmaclin 1.11

Promedio de dos repeticiones(b) - Eliminando materia organica(1) -- Agitaci6n en agua durante toda la no-Che .(2) - Con Na2Si03.9H20 y agitacion durantetoda la noche,(3) .;_ Con Na2C20. y agitaci6n durante todala noche.(4) - Con Calg6n y agitaci6n durante todala noche.

Reactivos:CalgeSnpH 11Oxalato de sodio 0.5 normalMatasilicato de sodio 0.5 normalPeroxide de hidrOgeno al 30%

'0

VoriatioNs en peso debi... 0 dife".'H lIac.lo.'H de elo deSo. Luis Polosl.

0.1

0.10.70.10.1 .i, . .:c0.4 :. . .~~-LAL __~ L _ ~ j w l ~ ~ J l a ~_~~~jb~~~m0.5 ,

E i l l 3 D i I . " .c i .. . .. .. .. c... ..... 1 . .. . " . t ll . , .I.1o ... , .. . . . . "1.'1, "Figura 2.-Variaciones en peso, debido a diferentes defioculan-tes en un suelo de San Luis Potosi.

Se tomaron. ocho muestras de suelo, de 50 grcada una, de un suelo de Villa del Carbon, Estadode Mexico, y se procesaron de acuerdo con 10 espe-cificado en tratamientos; simultaneamente, se deter-mind el contenido de. humedad higroscopica por du-.plicado. A cuatro de las muestras se las elimin6 lamateria organica con agua oxigenada, siguiendo elprocedimiento clasico, Se lavaron para eliminar elexceso de peroxide y material mineral disuelto; se

Sin materiaorganica

9.10%13.6211.6814.5333.018.14

colocaron en probetas de 1,000 ml y se hicieron leeturas con hidrOmetro al finaiizar 4() segundos,hora, 2 horas y 24 horas.La Tabla 2 muestra un ejemplo del metodoque se susiere emplear para la obtenci?n .de pOrc:ntajes y diametros, mediante el procedimiento senalado, utilizando las formulas 1 y 2.Ademas de los datos requeridos, para haceuna grafica es necesario colocar en las ordenadas loporcentajes en escala unifonne y, en las abscisaslos diametros en escala logaritmica.Con los resultados obtenidos se elaboro la Tabla 3, que muestra los diametros de las particulasy los porcEmtajes correspondientes a los diferentestratamientos en funcion del tiempo, ademas del diagrama (Figura 3), cuyas curvas tienden a unirseen el cuarto superior derecho, con un coeficiente devariaci6n de 2.73 para limos y arcillas, mientr~s


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CLASIFICACION GRANULOMETRICA DE LOS MINERALES DEL SUELO u n

Tabla 2.-Diametros y poreentajes de la Muestra la.

Tiempo de Lectura del Diametro (d)reposo Hidr6metro en mieras 10 log d Porcentaje

0.66 28 51.6 17.6 56.00+ 26 23.7 13.7 52.00

10 23 15.3 11.0 +6.0060 17 6.5 8.2 34.00

120 1+ 4.1 6.7 28.001++0 1 1.+ 1.5 14.00

d =5.57 V 98.5 - RtR =Lectura del hidr6metrod =Diametro de la particula en mieras

t =Tiempo en minutosTabla 3.-Diametros y poreentajes de los diferentes tratamientos en funci6n del tiempo.

TiempoTratamiento 40" 4' 10' 60' 1440'

1a Dilim. 57.6 .9.3.7 15.3 6.5 4.7 1.4% 56 52 46 3+ 28 14lb Dilim. 54.8 22 . 2 14.6 6.2 4.4 1.3% 56 54 40 38 3+ 181e Diam, 56.0 24.0 16.0 6.6 4.7 1.4% 52 36 26 16 12 62a Dilim. 55.6 23.0 14.8 6.2 4.4- 1.3% 52 48 +2 36 3+ 202b Diam, 55.4 22.8 14.5 6.3 4.3 1.3% 54 50 48 40 36 322c Dilim. 53.4 29.2 14.6 6.0 4.3 1.3% 56 50 +6 42 38 262d Dilim. 56.2 23.0 14.1 6.2 4.4 1.3% 50 48 +6 38 36 222d' Dilim. 55.0 23.0 14.1 6.2 4.4 1.3% 5 4 - 48 46 40 36 2 4 -

DWnetro en micrasSe hizo el analisis matematico, en la forma in-

dicad'.! en paginas anteriores, y los resultados para50 rmcras 0menos se muestran en la Tabla 4.El coeficiente de variacion (Cu), expresadocomo un porcentaje de la media, indica Ia disper-sion de las cuatro repeticiones de cada tratamiento.En los suelos de Veracruz, Ia dispersion fue menor,si se compara con los suelos de Xochimilco y SanLuis Potosi. EI maximo valor, casi ocho veces mayor,se obtuvo cuando se uso metasilicato de sodio en elmetodo de pipeta para los suelos de Xochimilco; lasdiferencias de las medias aritmeticas (D), en la for-ma descrita anteriormente, indican que, para loslimos, los metodos de pipeta e hidr6metro no mues-tran diferencias, mientras que en las arcillas, si haydiferencia significativa en menor grado. Se obtuvie-

ron resultados semejantes para los suelos de SanLuis Potosi y Xochimilco.CONCLUSIONES

Se compararon las variaciones originadas paralgunas de .las tecnicas conocidas en suelos de dife-rentes regiones del pais, con el fin de obtener un me-todo de analisis granulometrico simple, que permi-tiese lotificar las particulas minerales para conocerla textura del suelo que, junto con otras caracterls-ticas fisicas, sirviese de guia para distinguir a lostipos y series. de suelos que forman Ia base de losmapas agrol6gicos, tan necesarios para mejorar laproduccion agricola de una region y, para lograrlo,se hicieron variar las dosis de substancias deflocu-lantes, las formas de agitacion, la eliminacion de


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192 VILLEGAS-SOTO, AGUILERA-HERRERA y FLORES-DELGADILLOmateria organica y la toma de muestras de suspen-siones de suelos, utilizando en algunos casos la pipe-ta y en otros el hidrometro_.

1 1 1 Il 0 I. 0 I " "OOS

Figura 3.-Curvas que muestran la variabilidad en dime-tros y porcentajes de particulas en un suelo condiferentes tratamientos.

Debido a la experiencia que se adquiri6, suge-rimos este nuevo metoda de hidr6metro:Al suelo secado en la estufa a 110 C durante24 horas, es necesario eliminarle la materia organi-ca con agua oxigenada al 30% y las sales, sirvien-dose de bujias de porcelana porosa y vacio, es ne-cesario utilizar defloculantes tales como el Calgon,oxalato de sodio 0 silicato de sodio. Se agita la sus-pension durante 12 horas, se agrega agua hasta 1000ml en una probeta de esa capacidad y se toman lec-turas con hidrometro (R) en un tiempo (t), de rna-nera tal que oscile entre 4.() segundos y 24horas, afin de utilizar, con estos datos, las formulas siguien-tes:

V 98.5-RaP = 100 Y dWo

5.57 tEn donde:P =Porcentaje de particulas en la suspensiondel suelo-

Particulas de 50 micras 0 menoresXOCHIMILCO

a = Constante que puede considerarse igualat.W0=Peso en gramos de la muestra usada enel analisis.d =Diametros maximos y minimos de las par-ticulas que se sedimentan en micras.R = Lectura del hidrometro en gramos porlitro de la suspension del suelo.t = Tiempo de reposo de la suspension en mi-nutos.

x c

Tabla +.-Comparaci6n de dos metodos de arullisis y diferentes defloculantes en tres suelos de diferentes re -giones del pais.

Dispersante MetododeaD4lisia x DDXOCHIMILCO

Oxalato de sodio hidr6metro 59.0 0.50 .0.85pipeta 58 .9 0.89 1.51Metasilicato de sodio hidrOmetro 59.S 0.48 0.80pipeta 6+ .8 1.96 3.02Calg6n hidr6metro 52 .9 0;2 4- O .4Qpipeta 52.3 0.36 0.68

VERACRUZOxalato de sodio hidi-6metro 36.+ 0.31 0.87pipeta +2.3 0.55 1.30Metasilicato de sodio hidrOmetro 31.5 0.16 0.+2pipeta - 4 0 . 5 0.25 MlCalsOn hidr6metro 36.1 0.4Q 1;24-pipeta 39.1 0.25 0.6+

SAN LIDS POTOSIOxalato de sod io hidr6metro < 4 0 . 1 0.60 1.20pipeta 51.+ 0.98 1.90Metasilicato de sodio hidr6metro 4+.1 0.2 .2 0.49pipeta 51.1 0.16 1.48CaIg6n hidr6metro < 4 0 . 5 1.0 2.02pipeta 52.2 1.62 3.10

1.02 0.08 3.782 .01 1.4Q5.030.+3 0.605 1.61

0.63 - 6 . 9 20.29 -2 .99 1.090.51 -3.08 1.90

1.15 -1.62 + . 260.79 -6.96' 2.9+1.90 1.052.62


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CLASIFICACION GRANULOMETRICA DE LOS MINERALES DEL SUELOCon los datos obtenidos se elabora una grafica,colocando en las ordenadas los porcentajes de par-ticulas en escala uniforms y en las abscisas los 10-garitmos de los dilunetros.La grafica resultante permite deterrninar por-centajes de arcillas, limos 0 cualquier otro lote, se-gU n la investigacion que se este realisando.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICASAmerican Society for Testing Materials, 19~8, PartIV, Tentative method for grain - size Jlmalysisof soils: p. 1119-1129.

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Bouyoucos, G. J., 1951,A recalibration of the hydro-meter method for making mechanical analysisof soi~ Agron. J., v. 43, p. 435-438.Janison, V. C., y Kroth, E. M., 1958, Availablemoisture storage capacity in relation to texture,composition and organic' matter content of s e -veral Missouri soils: Soil Sci; Soc . Am., Proc.,v.22, p. 189-191.

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