p-56 metodo de ensayo estandar para el analisis de tamaño de particulas de suelo por hidrometro

METODO DE ENSAYO ESTANDAR PARA EL ANALISIS DE TAMAO DE PARTICULAS DE SUELO POR

HIDROMETRO

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Laboratorio de Ensayos INSUMA

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Gestor de Calidad Pgina: 1 de 12

1. Propsito Este mtodo corresponde a una traduccin significativamente equivalente de la norma ASTM D 422 por lo cual no se valida y establece las pautas para la debida realizacin del Mtodo De Prueba Estndar Para El Anlisis De Tamao De Partculas De Suelo.

2. Alcance Este mtodo de ensayo cubre la determinacin cuantitativa de la distribucin de tamaos de partculas en el suelo. La distribucin de partculas con tamaos mayores a 75 m (retenidas en la malla N. 200) se determina por tamizado, mientras que la distribucin de partculas con tamaos menores a 75 m es determinada por el proceso de sedimentacin, usando un hidrmetro para asegurar los datos necesarios. (Nota 1 y nota 2) Nota 1 La separacin se puede hacer en la malla de 4,75 mm, 425 m, o 75 m en lugar de 2,00 mm. Para cualquier tamiz utilizado, el tamao se indicara en el informe. Nota 2 Se proveen dos tipos de dispersin: (1) un agitador mecnico de alta velocidad, y (2) dispersin de aire. Extensas investigaciones indican que los dispositivos de dispersin por aire producen una dispersin ms positiva de los suelos plsticos por debajo de 20 m

3. Documentos de Referencia: Registro de Trabajo No Conforme F-15-00-01 Recibo de Material F-17-00-01 Resumen de Control F-17-00-03 Identificacin de Material Madre F-17-00-04 Identificacin de Material Hijo F-17-00-05 Anlisis Granulomtrico F-45-00-01 Anlisis Granulomtrico Agregado Fino F-45-00-02 Reporte Anlisis Granulomtrico por el Mtodo del Hidrmetro F-56-00-01 ASTM D422 - 63(2007) Standard Test Method for Particle-Size Analysis of Soils

4. Responsabilidades Los personeros del laboratorio encargados de realizar dichos ensayos son responsables de actuar segn lo establecido, acudiendo en caso de duda a su superior inmediato. El jefe de laboratorio es responsable de planificar, controlar y monitorear el cumplimiento de los lineamientos operacionales y administrativos. El inspector de calidad es responsable de velar por la trazabilidad e integridad de los ensayos, muestras y especmenes.

5. Resumen del Mtodo No aplica

6. Equipo

6.1 Balanzas: Una balanza sensible a 0,01 g para pesar el material pasando la malla de 2,00 mm, y una balanza sensible a 0,1% de la masa de la muestra a ser pesada para pesar el material retenido en la malla de 2,00 mm.


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6.2 Aparato de agitacin: Tanto el aparato A como el B pueden ser usados.

6.2.1 El aparato A consiste de un dispositivo de agitacin por accionamiento mecnico en el cual un motor elctrico gira un eje vertical. El eje deber estar equipado con paletas de agitacin reemplazables de metal, plstico o hule endurecido, como se muestra en la figura 1. Con una longitud tal que las paletas de agitacin operen a no menos 19,0 mm y no ms de 38,1 mm aproximadamente por encima de la parte inferior de la taza de dispersin. Una taza de dispersin especial conforme a cualquiera de los diseos mostrados en la figura 2 se proporcionara para mantener la muestra mientras se dispersa.

6.2.2 El aparato B est constituido por una copa de dispersin por chorro de aire conforme a los datos mostrados en la figura 3

Figura 1 Detalle de paletas de Agitacin

Nota 3 El agua puede condensarse en las lneas de aire cuando no estn en uso. Est agua es removida, ya sea mediante el uso de una trampa de agua en la lnea de aire, o soplando el agua fuera de la lnea antes de usar cualquier aire para fines de dispersin.

6.3 Hidrmetro: Un hidrmetro ASTM, graduado para leer ya sea gravedad especfica de la suspensin o gramos por litro de suspensin. Hidrmetros 151 H o 152 H. Las dimensiones de ambos hidrmetros son las mismas, la escala es el nico elemento de diferencia.

6.4 Cilindro de sedimentacin: Un cilindro de vidrio aproximadamente de 457 mm de altura y 63,5 mm de dimetro, y marcada a un volumen de 1000 ml. Termmetro: Un termmetro con precisin de 0,5 C.

6.5 Mallas: Una serie de mallas de abertura cuadrada. Un set completo de mallas incluye las siguientes: 75 mm 50 mm 37,5 mm 25,0 mm 19,0 mm 9,5 mm 4,75 mm 2,00 mm 850 m 425 m 250 m 106 m 75 m


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Figura 2 Tazas de Dispersin de Aparato Mecnico

6.6 Beaker: Capacidad de 250 ml.

6.7 Aparato de tiempo: Un cronometro con segundero.

7. Agente Dispersante

7.1 Una solucin de hexametafosfato de sodio usada para destilar o desmineralizar el agua, a una tasa de 40 g de hexametafosfato de sodio/ por litro de solucin.

Nota 4 Las soluciones se preparan con frecuencia (al menos una vez al mes). Frascos que contienen las soluciones deben tener la fecha de elaboracin marcados en ellos.

7.2 Toda agua debe ser destilada o desmineralizada. El agua para el ensayo de hidrmetro debe ser llevado a la temperatura que se requiera durante el ensayo. La temperatura bsica para el ensayo de hidrmetro es de 20 C. Pequeas variaciones de temperatura no introducen diferencias que sean significativas y no previenen el uso de correcciones derivadas como se prescribe.

8. Muestra de Ensayo

8.1 Durante la preparacin, la muestra es dividida en dos porciones. Una porcin contiene slo partculas retenidas en la malla de 2,00 mm mientras que la otra porcin contiene slo partculas pasando la malla de 2,00 mm. La masa de suelo secada al aire seleccionada para ensayar, suficiente para permitir anlisis mecnicos como:


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8.1.1 El tamao de la porcin retenida en la malla de 2,00 mm depende del tamao mximo de partcula de acuerdo a la siguiente asignacin:

Dimetro nominal de las Porcin aproximada

Partculas ms grandes (mm) de masa mnima (g)

9,5 500 19,0 1000 25,4 2000 38,1 3000 50,8 4000 76,2 5000

8.1.2 El tamao de la porcin pasando la malla de 2,00 mm aproximada de 100 g a 115 g para suelos arenosos y aproximadamente 50 g a 65 g para suelos arcillosos y limosos.

Figura 3 Tazas de Inyeccin de Aire de Dispositivo B

8.2 En la seccin 5 de la prctica P-37 hace referencia a la provisin para el pesaje de muestras de suelo secadas al aire para propsitos de prueba, la separacin del suelo en la malla de 2,00 mm, por tamizado en seco y lavado, y el pesaje de la fraccin lavada y seca retenida en la malla de 2,00 mm. De estas 2 masas el porcentaje retenido y pasando la malla de 2,00 mm puede ser calculado de acuerdo con el punto 10.1.1.

Nota 5 Un control de los valores de masa y la minuciosidad de la pulverizacin de los terrones se puede asegurar pesando la porcin pasando la malla de 2,00 mm y la adicin de este valor a la masa de la porcin lavada y secada al horno retenido en la malla de 2,00 mm.

9. Mtodo

9.1 Anlisis por tamizaje de la porcin retenida en la malla de 2,00 mm Mtodo

9.1.1 Separe la porcin retenida en la malla de 2,00mm en una serie de fracciones usando las mallas de 75 mm, 50 mm, 37,5 mm, 25 mm, 19 mm, 9,5 mm, 4,75 mm y 2,00 mm o tantas como sean necesarias dependiendo de la muestra, o de acuerdo a las especificaciones para el material bajo estudio.


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9.1.2 Realice la operacin de zarandeo mediante movimientos laterales y verticales sobre las mallas, acompaado de acciones de sacudida de manera que se mantenga movimiento de la muestra sobre la superficie de la malla. En ningn caso volte o manipule fragmentos en la muestra a travs de la malla con la mano. Continu el zarandeo hasta que no se observe que el material pasando sea una fraccin mnima del material que se est tamizando sobre la malla. Cuando se utiliza tamizaje mecnico, revise el alcance del mismo mediante el mtodo manual descrito anteriormente.

9.1.3 Determine la masa de cada fraccin en una balanza que cumpla con los requisitos en 6.1. Al final del pesaje, la suma de las masas retenidas en cada malla ser cercana igual a la masa original de la cantidad tamizada.

9.2 Dispersin de La Muestra de Suelo

9.2.1 Cuando el suelo sea mayormente del tamao de las arcillas o limos, pese a parte una muestra de suelo seco al aire de aproximadamente 50 g a 65 g. Cuando el suelo consiste principalmente de arena la muestra a pesar al menos de 100 g a 115 g.

9.2.2 Coloque la muestra en el beaker de 250 mL y agregue 125 mL de hexametafosfato de sodio (40g/l). Agite hasta que el suelo se humedezca completamente. Luego deje que se empape por al menos 16 h.

9.2.3 Al final del perodo de empapamiento, disperse la muestra an ms utilizando el aparato agitador A o B. Si se usa el aparato agitador A, transfiera la mezcla de agua-suelo desde el beaker al copa de dispersin especial mostrada en la Figura 2, lavando cualquier residuo desde el beaker a la copa con agua destila o desmineralizada. Agregue agua destilada o desmineralizada, si es necesario, para que la copa este llena ms de la mitad. Agite por un perodo de 1 minuto.

Nota 6 Una jeringa de gran tamao es un dispositivo conveniente para el manejo del agua en la operacin de lavado. Otros dispositivos incluyen la botella de agua de lavado y una manguera con boquilla conectada a un tanque de agua destilada a presin.

9.2.4 Si se usa el aparato agitador B (Figura 3), remueva el tapn y conecte la copa a un sistema que suministre aire comprimido por medio de una manguera de hule. Un manmetro de aire debe estar en la lnea entre la copa y la vlvula de control. Abra la vlvula de control de manera que el manmetro indique una presin de 7 kPa. Transfiera la mezcla de agua-suelo desde el beaker a la copa de dispersin de inyeccin de aire por lavado de agua destilada o desmineralizada. Agregue agua destilada o desmineralizada, si es necesario, para que se complete un volumen total de la copa de 250 ml, pero no ms de esta cantidad.


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9.2.5 Coloque el tapn de cubierta sobre la copa y abra la vlvula de control de aire hasta que el manmetro indique una presin 140 kPa. Disperse el suelo de acuerdo a las siguientes asignaciones:

ndice de Plasticidad Perodo de Dispersin, (min)

Menor a 5 5 De 6 a 20 10 Mayor a 20 15

Suelos que contengan grandes porcentajes de mica, necesitan que sean dispersos por slo 1 minuto. Despus del perodo de dispersin, reduzca la presin de calibrador a 7 kPa preparatorio a la transferencia de la mezcla del suelo-agua al cilindro de la sedimentacin.

9.3 Ensayo de Hidrmetro

9.3.1 Inmediatamente despus de la dispersin, transfiera la mezcla de agua-suelo al cilindro de sedimentacin de vidrio, y agregue agua destilada o desmineralizada hasta alcanzar un volumen total de 1000 ml.

9.3.2 Usando la palma de la mano cubra el extremo abierto del cilindro (o un tapn de hule), y vuelque el cilindro de cabeza y viceversa continuamente por un minuto para completa la agitacin de la mezcla. Al final del minuto coloque el cilindro en un locacin conveniente y toma las medidas con hidrmetro en los

siguientes intervalos de tiempo: 15 s, 30 s, 1 m, 2 m, 4 m, 8 m, 15 m, 30 m, 1 h, 2 h, 4 h, 8 h, 24 h, (medido desde el inicio de la sedimentacin), o tantos como sean necesarios, dependiendo de la muestra o de las especificaciones para el material en estudio, segn tiempo establecidos.

9.3.3 Cuando se desea tomar una lectura de hidrmetro, inserte con cuidado el hidrmetro cerca de 20 0 25 segundos antes de hacer la medida respectiva para estabilizar la profundidad en el momento que se haga la lectura. Tan pronto como se realice la lectura, remueva cuidadosamente el hidrmetro y colquelo con un movimiento circular en una probeta de agua destilada o desmineralizada limpia.

9.4 Anlisis por Mallas

9.4.1 Despus de tomar la lectura final del hidrmetro, transfiera la suspensin a una malla de 75 m y lvelo con agua hasta que el agua residual del lavado luzca clara. Transfiera el material de la malla de 75 m a un contenedor adecuado, squelo en un horno a 110 C 5 C y haga un anlisis de tamiz para la porcin retenida usando tantas mallas como se dese, o requeridas por el material, o por las especificaciones para el material en estudio.

10. Clculos

10.1 Valores de Anlisis Por Tamizaje Para La porcin Mas Gruesa Que La Malla de 2,00 mm

10.1.1 Calcule el porcentaje pasando la malla No.10, dividiendo la masa pasando la malla 2,00 mm entre la masa de suelo original antes del tamizado y multiplquelo por 100. Para obtener la masa pasando la malla de 2,00 mm este la masa retenida en la malla 2,00 mm de la masa original.

10.1.2 Para asegurar la masa total del suelo pasando la malla de 4,75 mm, agregue a la masa del material pasando la malla 2,00 mm, la masa de la fraccin pasando la malla de 4,75 mm y la masa retenida en la malla de 2,00 mm Para asegurar el total de masa pasando la malla de 9,5 mm, agregue al total de masa pasando la malla No.4, la masa de la fraccin pasando la malla de 9,5 mm y la retenida en la malla No.4. Para las mallas restantes, contine los clculos de la misma manera.


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10.1.3 Para determinar el porcentaje total pasando para cada malla, divida el total de masa pasando entre el total de la masa de la muestra y multiplquelo por 100.

10.2 Porcentajes del suelo en suspensin

Nota 7: El laboratorio no aplica estos clculos

10.2.1 Calcule la masa de suelo secado al horno usado en el anlisis de hidrmetro al multiplicar la masa secada al aire por el factor de correccin de humedad higroscpica.

10.2.2 Calcule la masa de una muestra total representada por la masa para el suelo usado en el ensayo de hidrmetro, al dividir la masa seca al horno entre el porcentaje pasando en la malla de 2,00

10.2.3 mm, y multiplicando el resultado por 100. Este valor es el peso W en la ecuacin para el porcentaje restante en la suspensin.

10.2.4 El porcentaje de suelos que queda en suspensin en el nivel al cual el hidrmetro est midiendo la densidad de la suspensin se calcula de la siguiente manera.

Para hidrmetro 151H:

)()/()/100000( 11 GRGGGWP (1) Para hidrmetro 152H:

100)/( WRaP (2)

Donde:

a = factor de correccin a aplicar a la lectura del hidrmetro 152 H. (Se utiliz una muestra patrn de gravedad especfica de 2,65). Los factores de correccin se muestran en la Tabla 1). P = porcentaje de suelo que queda en suspensin en el nivel al cual el hidrmetro mide la densidad de la

suspensin. R = lectura de hidrmetro cuando se aplica correccin compuesta. W = masa de suelo seco al horno en un total de muestra de ensayo representada por la masa de suelo disperso. G = gravedad especfica de las partculas de suelo. G1 = gravedad especfica del lquido en el cual se suspenden las partculas. Utilice el valor numrico de uno en ambos casos en la ecuacin. En el primer caso, cualquier posible variacin no produce efecto significativo alguno, y en el segundo caso, la correccin compuesta para R est basada en un valor de uno para G1.

10.3 Dimetro de las partculas de suelo (No aplica)

10.3.1 El dimetro de una partcula correspondiente al porcentaje indicado por una lectura dada del hidrmetro calculada de acuerdo a la ley de Stokes, con la base de que una partcula de ese dimetro estuviera en la superficie de la suspensin al inicio de la sedimentacin y que se asent al nivel en el cual el hidrmetro est midiendo al densidad de la suspensin. De acuerdo con la ley de Stokes (ver Tabla 2):


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TLGGnD /)(980/30 1 (3)

Donde: D = dimetro de partcula, mm.

n = coeficiente de viscosidad del medio de suspensin (en este caso agua) en equilibrio (vara con cambios en la temperatura del medio de suspensin). L = distancia desde la superficie de suspensin al nivel en el cual la densidad de suspensin est siendo medida, cm. (Para un hidrmetro y cilindro de sedimentacin dado, los valores varan de acuerdo a las lecturas del hidrmetro. Esta distancia es conocida como profundidad efectiva (ver Tabla 2)).

T = intervalo de tiempo desde el inicio de la sedimentacin al momento de la toma de lectura, min. G = gravedad especfica de las partculas de suelo. G = gravedad especfica (densidad relativa) del medio de suspensin (se puede usar para propsitos bsicos 1,000).

10.3.2 Por conveniencia en los clculos, la ecuacin mostrada anteriormente puede ser escrita de la siguiente manera (ver Tabla 3):

TLKD / (4) Donde: K = constante que depende de la temperatura de la suspensin y de la gravedad especfica del suelo. Valores de K para un rango de temperaturas y gravedades especficas se muestra en la Tabla 3. El valor de K no cambia para una serie de lecturas que conforman el ensayo, mientras que los valores de L y T s varan.

10.3.3 Los valores de D pueden obtenerse con suficiente precisin, usando una regla ordinaria de 25 cm.

10.4 Valores del anlisis por tamizaje para la porcin ms fina que la malla de 2,00 mm

10.4.1 El clculo de los porcentajes pasando las varias mallas usadas en el tamizaje de la porcin de la muestra del ensayo de hidrmetro involucra varios pasos. El primer paso es calcular la masa de la fraccin que hubiera quedado retenida en la malla 2,00 mm si no hubiera sido retirada. Esta masa es igual al porcentaje total retenido en la malla de 2,00 mm (100 menos el porcentaje pasando total) multiplicado por la masa de la muestra representada por la masa de suelo usada (como se calcul en 14.2), y dividido entre 100.

10.4.2 Calcule luego el total de masa pasando la malla 75 m. Sume las masas fraccionadas retenidas en todas las mallas, incluyendo la malla de 2,00 mm, y reste este valor a la masa total de la muestra.

10.4.3 Calcule a continuacin el total de masas pasando en cada malla, segn el punto 10.1.2.

10.4.4 Calcule por ltimo los porcentajes pasando al dividir la masa pasando la malla (como se calcul en 16.3) entre la masa total de la muestra (como se calcul en 10.3.2) y multiplicando el resultado por 100.


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10.5 Grfico Nota 9: El laboratorio no grafica ningn valor

10.5.1 Cuando se realiza el anlisis de hidrmetro, en lo posible hacer un grfico del ensayo, trazando los dimetros de las partculas en una escala logartmica como la abscisa y los porcentajes menores a los correspondientes dimetros sobre una escala aritmtica en las ordenadas. Cuando el anlisis de hidrmetro no es realizado en una porcin del suelo, la preparacin del grfico es opcional, ya que los valores se pueden asegurar directamente desde los datos tabulados.

11. Reporte Reporte anlisis granulomtrico por el mtodo del hidrmetro F-56-00-01

12. Palabras clave

12.1 Tamao de grano, anlisis por hidrmetro, humedad higroscpica, tamao de partcula, anlisis por tamizaje.

Tabla 1. Valores de factor de correccin, , para diferentes gravedades especficas de partculas de suelo.A

Gravedad Especfica Factor de Correccin

2,95 0,94 2,90 0,95 2,85 0,96 2,80 0,97 2,75 0,98 2,70 0,99 2,65 1,00 2,60 1,01 2,55 1,02 2,50 1,03 2,45 1,05

A Para uso en la ecuacin para porcentaje de suelo que queda en suspensin cuando se usa el hidrmetro 152H.


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Tabla 2. Valores de profundidad efectiva basados en hidrmetros y cilindros sedimentarios de tamaos especficos.A

Hidrmetro 151H Hidrmetro 152H

Lectura actual de

hidrmetro

Profundidad efectiva,

L, cm

Lectura actual de

hidrmetro


L, cm

Lectura actual de

hidrmetro


L, cm

1,000 16,3 0 16,3 31 11,2 1,001 16,0 1 16,1 32 11,1 1,002 15,8 2 16,0 33 10,9 1,003 15,5 3 15,8 34 10,7 1,004 15,2 4 15,6 35 10,6 1,005 15,0 5 15,5 1,006 14,7 6 15,3 36 10,4 1,007 14,4 7 15,2 37 10,2 1,008 14,2 8 15,0 38 10,1 1,009 13,9 9 14,8 39 9,9 1,010 13,7 10 14,7 40 9,7 1,011 13,4 11 14,5 41 9,6 1,012 13,1 12 14,3 42 9,4 1,013 12,9 13 14,2 43 9,2 1,014 12,6 14 14,0 44 9,1 1,015 12,3 15 13,8 45 8,9 1,016 12,1 16 13,7 46 8,8 1,017 11,8 17 13,5 47 8,6 1,018 11,5 18 13,3 48 8,4 1,019 11,3 19 13,2 49 8,3 1,020 11,0 20 13,0 50 8,1 1,021 10,7 21 12,9 51 7,9 1,022 10,5 22 12,7 52 7,8 1,023 10,2 23 12,5 53 7,6 1,024 10,0 24 12,4 54 7,4 1,025 9,7 25 12,2 55 7,3 1,026 9,4 26 12,0 56 7,1 1,027 9,2 27 11,9 57 7,0 1,028 8,9 28 11,7 58 6,8 1,029 8,6 29 11,5 59 6,6 1,030 8,4 30 11,4 60 6,5 1,031 8,1 1,032 7,8 1,033 7,6 1,034 7,3 1,035 7,0 1,036 6,8 1,037 6,5 1,038 6,2

A Valores de profundidad efectiva son calculados de la ecuacin:

)/(2/1 21 AVLLL B (5) Donde: L = profundidad efectiva, cm.

L1 = distancia a los largo del vstago del hidrmetro desde la parte superior del bulbo a la marca de la lectura del hidrmetro, cm.

L2 = longitud total del bulbo del hidrmetro, cm. VB = volumen del bulbo del hidrmetro, cm

3.


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A = rea de la seccin transversal del cilindro, cm2.

Valores usados en los clculos para los resultados de la Tabla 2:

Para ambos hidrmetros 151 H y 152 H:

L2 = 14,0 cm

VB = 67,0 cm3

A = 27,8 cm2

Para el hidrmetro 151 H:

L1 = 10,5 cm para una lectura de 1,000 = 2,3 cm para una lectura de 1,031

Para el hidrmetro 152 H:

L1 = 10,5 cm para una lectura de 0 g/litro = 2,3 cm para una lectura de 50 g/litro

Tabla 3. Valores de K para usar en los clculos de dimetro de partcula en el anlisis de hidrmetro

Temperatura,

C

Gravedad especfica de partculas de suelo

2,45

2,50

2,55

2,60

2,65

2,70

2,75

2,80

2,85

16 0,01510

0,01505

0,01481

0,01457

0,01435

0,01414

0,01394

0,01374

0,01356

17 0,01511

0,01486

0,01462

0,01439

0,01417

0,01396

0,01376

0,01356

0,01338

18 0,01492

0,01467

0,01443

0,01421

0,01399

0,01378

0,01359

0,01339

0,01321

19 0,01474

0,01449

0,01425

0,01403

0,01382

0,01361

0,01342

0,01323

0,01305

20 0,01456

0,01431

0,01408

0,01386

0,01365

0,01344

0,01325

0,01307

0,01289

21 0,01438

0,01414

0,01391

0,01369

0,01348

0,01328

0,01309

0,01291

0,01273

22 0,01421

0,01397

0,01374

0,01353

0,01332

0,01312

0,01294

0,01276

0,01258

23 0,01404

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HIDROMETRO

Cdigo: P-56

Versin: 3.2

F.E: 30/03/11

F.R: 10/01/14


Aprobado por:


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30 0,01298

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0,01217

0,01199

0,01182

0,01165

0,01149

13. Precisin e Incertidumbre: para esta prctica estndar no se debe aplicar el clculo de la incertidumbre.

14. Palabras Clave: prueba colorimtrica; agregado fino; impurezas orgnicas

Elaborado por: Esteban Saboro C

Firma:_________________________________

Aprobador por: Ing. Gastn Laporte M

Firma:_________________________________

p-56 metodo de ensayo estandar para el analisis de tamaño de particulas de suelo por hidrometro

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