Informe hormigon 2

8/17/2019 Informe hormigon 2

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Universidad de la Frontera – Facultad de Ingeniería y Ciencias – Depto. De Ingeniería en Obras

Civiles TECNOLOGIA DEL HORMIGON, IIO154-1

Ing. Civil 2015

Informe Laboratorio N° 03 y 04

Determinación de densidad aparente, real y neta en arenas y gravas.Absorción de agua en arenas y gravas. Desgaste de gravas, Coeficiente

volumétrico, Cubicidad de partículas.

Profesor : Dr. Ing. Mauricio Zambrano Bigiarini.

Ayudante : Gerónimo Bravo Campos.

Fecha de entrega : 11 de Noviembre del 2015.


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I) Introducción

Los áridos presentan distintas propiedades que caracterizan al material con respecto a su forma,

resistencia, tamaño, etc. En los laboratorios ya cursados anteriormente se hace mención a ellosmediante parámetros que estipulan las normas respectivas a cada laboratorio.

Para el laboratorio 3 nos basaremos en las normas NCh1115.EOf77 que determina la

densidad aparente suelta y compactada en arenas, gravas y gravillas, la NCh1117.EOf77 que

determina la densidad real, neta y la absorción de aguas en gravas y por último la NCh1239 que

estipula la determinación de las densidad real, neta y la absorción de aguas en las arenas. Para el

laboratorio 4 se hará mención a las normas NCh1369.Of78 y NCh1511.Of80 que la primera

determina el desgaste de gravas por medio del método de la máquina de los ángeles y la segunda

con respecto a áridos para morteros y hormigones que determina el coeficiente volumétrico de las

gravas, además según la normativa 8.202.6 (MC-V8, 2012), LNV 3, se establecen los ensayos

correspondientes para obtener la medición de la cubicidad. Éstos parámetros que establecen cada

norma son estudiados de forma empírica en el laboratorio estableciendo si son aptos o no los

áridos a estudiar.


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II) Metodología

II.1) Determinación de la densidad aparente suelta y compactada para gravillas.

Normativa aplicable : NCh 1116 Of77.

Fecha del ensayo : 28 de Octubre de 2015

Descripción de la muestra : Gravilla.

Observaciones :

Materiales:

Balanza.

Varilla pisón Recipiente metálico

Poruña.

Se realizara el siguiente procedimiento para determinar la densidad aparente suelta y compactada

en el caso de la gravilla.

En forma general, se depositara el material en un recipiente metálico de masa y volumen

conocidos (figura 1). Se masara la muestra para ambos casos, el de gravilla suelta y el gravilla

compactada y se registrara la masa que llena la medida. Finalmente se procederá a calcular la

densidad aparente dividiendo la masa de la muestra por el volumen del recipiente contenedor.

Esto se repetirá para una muestra gemela en ambos casos, para la densidad aparente compactada

y suelta.

Ahora se explicaran detalladamente el proceso para cada caso.

Densidad aparente suelta

En el recipiente metálico, con una poruña se procederá a dejar caer el material (gravillas)

acondicionado a una distancia de cinco centímetros del borde superior del mismo recipiente. El

material será depositado lentamente, siempre dejándolo caer uniformemente dentro del

recipiente (figura 2).

Una vez llegado a la parte superior del recipiente se deberá llenar en sobre medida, dejando que

el material se apile sobre el borde superior del mismo. El exceso de material se retirara enrazando

utilizando una varilla pisón (figura 3). Una vez que el material se encuentre en el mismo nivel que

la parte superior del recipiente, de forma manual se intentara llenar los espacios entre las gravillas

con material más pequeño, cuidando que este no sobrepase el nivel del recipiente.


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Una vez el recipiente este lleno, se determinara la masa del recipiente junto a la masa de la

muestra suelta. Posteriormente se restara la masa del recipiente para obtener la masa de la

muestra en estado suelto.

Finalmente se calculara la densidad aparente suelta, utilizando la siguiente formula.

=

[ ⁄ ]

Dónde:

ms corresponderá a la masa de la muestra que llena el recipiente en [Kg]

v corresponderá a la capacidad volumétrica del recipiente en [m3]

Este proceso se repetirá para una muestra gemela.

Al reemplazar los datos obtenidos para la muestra 1 y la muestra 2 en el caso de la gravilla

obtenemos.

Muestra 1

=7,974

5120 × 10− = 1557,4[ ⁄ ]

Muestra 2

=7,863

5120 × 10− = 1535,7[ ⁄ ]

Densidad aparente compactada

Con una poruña se depositara material dentro del recipiente en capaz de 1/3 de la capacidad total

del recipiente, luego por cada capa se realizará una compactación mediante 25 golpes con la

varilla pisón (figura 4).

Una vez llegado a la parte superior del recipiente se deberá llenar en sobre medida, dejando queel material se apile sobre el borde superior del mismo. El exceso de material se retirara enrazando

utilizando una varilla pisón. Una vez que el material se encuentre en el mismo nivel que la parte

superior del recipiente, de forma manual se intentara llenar los espacios entre las gravillas con

material más pequeño, cuidando que este no sobrepase el nivel del recipiente.


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Una vez el recipiente este lleno, se determinara la masa del recipiente junto a la masa de la

muestra suelta. Posteriormente se restara la masa del recipiente para obtener la masa de la

muestra en estado suelto.

Finalmente se calculara la densidad aparente compactada, utilizando la siguiente formula.

=

[ ⁄ ]

Dónde:

mc corresponde a la masa de la muestra compactada que llena la medida [kg]

v corresponde a la capacidad volumétrica del recipiente contenedor [m3]

Este procedimiento se repetirá para una muestra gemela.

Al reemplazar los datos obtenidos para la muestra 1 y la muestra 2 en el caso de la gravilla

obtenemos.

Muestra 1

=8,091

5120 × 10− = 1580,2[ ⁄ ]

Muestra 2

=8,142

5120 × 10− = 1590,2[ ⁄ ]


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II.2) Determinación densidad real, neta y absorción de agua en gravas.



Descripción de la muestra : Gravilla.

Observaciones :

Material:

Balanza

Canastillo porta muestra

Estufa

Recipiente metálico

Para poder calcular la densidad real, neta y absorción de agua se utilizara una muestra

debidamente acondicionada previamente. Primeramente se determinara la masa de la muestra

sumergida (A) donde la muestra acondicionada se depositara en el canastillo porta muestra y este

se sumergirá bajo el agua (). Posteriormente se retirara la muestra y se procederá a secarla hasta

dejarla en estado saturado superficialmente seco (SSS) (figura 6) y se determinara su masa (B).

Finalmente para poder calcular la masa de la muestra seca al aire ambiente (figura 7) se secara la

muestra en un horno a una temperatura de 110°C, pasadas 24 horas se retirara la muestra del

horno y se dejara enfriar a temperatura ambiente y se registrara la masa de la muestra seca (C).

Con los resultados obtenidos realizaremos los siguientes cálculos.

Densidad real de la muestra superficialmente seca:

=

× 1000 [ ]⁄

Reemplazando en la ecuación obtenemos

=3,043

3,043 1,915× 1000 = 2697,69 [ ]⁄

Densidad real de la muestra seca:

=

× 1000 [ ]⁄



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=3,005

3,043 1,915× 1000 = 2664 [ ]⁄

Densidad neta:

=

× 1000 [ ]⁄


=3,005

3,005 1,915× 1000 = 2756,88 [ ]⁄

Absorción de agua:

=

× 1000 [

]⁄

Reemplazando en la ecuación tenemos que

=3,043 3,005

3,005 × 1000 = 12,64%


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II.3) Determinación de la densidad real, neta y la absorción de agua en arenas.



Descripción de la muestra : Arena.

Observaciones :

Materiales

Balanza

Matraz

Estufa

Recipientes

Este experimento se realiza con el objetivo de conocer el volumen compacto de las arenas, para

poder dosificar de manera correcta hormigos y morteros. También, junto con el uso de la densidad

aparente permite conocer la compacidad del árido. Finalmente la absorción de agua permite

conocer la cantidad de poros internos de los granos del árido.

El procedimiento utilizado para calcular la densidad real y neta, así como también la absorción de

agua en las arenas es el siguiente.

Se debe acondicionar la muestra que se utilizara, rociando con agua y revolviendo, dejándola en

un estado saturado superficialmente seca. Una vez acondicionada se registra su masa (Msss) y sedeposita la muestra en un matraz (figura 8) y se llenara con agua destilado hasta la marca de

calibración en el mismo matraz. Se agitara y golpeara el matraz para eliminar las burbujas de aire,

al hacer esto el nivel de agua bajara así que se deberá rellenar con agua destilada hasta la marca

de calibración (figura 9). En este punto se registrara la masa total del matraz junto con el agua y la

muestra (Mm).

Se sacara el material del matraz y se dejara en un horno a 110°C, hasta que la muestra tenga masa

constante y se determinara su masa (Ms).

Se llenara el matraz vacío con agua destilada hasta la marca de calibración y se registrara su masa

(Ma) (figura 10)

Según la norma NCh 1239 Of77 el valor de las densidades y de la absorción de agua se

determinara del promedio aritmético de dos ensayos con muestras gemelas pero en este

experimento se determinaron esos valores solo con una muestra.


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Con datos obtenidos realizamos los siguientes cálculos

Densidad real del árido superficialmente seco

= +

× 1000 [ ]⁄

Reemplazando los datos en la ecuación obtenemos que

=231,1

662,8 + 231,1 806× 1000 = 2629,12[ ]⁄

Densidad real del árido seco

=

+ × 1000 [ ]⁄

Reemplazando los datos en la ecuación obtenemos

=227,37

662,8 + 231,1 806× 1000 = 2586,68 [ ]⁄

Densidad neta

=

+ × 1000 [ ]⁄


=227,37

662,8 + 227,37 806× 1000 = 2701,31[ ]⁄

Absorción de agua

=

× 100


=231,1 227,37

227,37 × 100 = 1,64 %

El aceptara la determinación de densidades y absorción de agua de las arenas cuando la diferencia

entre 2 resultados obtenidos de muestras gemelas sea:

Igual o inferior a 30 kg/m3 en la determinación de las densidades.

Igual o inferior a 0,40 % en la determinación de absorción de agua.


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II.4) Determinación del desgaste de gravas – Método de la máquina de los Ángeles



Descripción de la muestra : Gravas.

Observaciones :

Materiales

Máquina de los Ángeles

Esferas de acero de 40 a 50 mm de diámetro y con 400 a 500 gr cada una

Balanza

Tamices

El índice de desgaste de un árido está estrictamente relacionado con su resistencia a la abrasión y

con la capacidad resistente de los hormigones fabricados. Este toma particular importancia en

áridos empleados en pavimentación.

En primer lugar se determinara los parámetro con lo que la máquina de los ángeles (figura 12)

deberá trabajar (cantidad de bolas, numero de revoluciones) para ello se determina la

granulometría a través de tamizado según la siguiente serie de tamices: 37.5, 25, 19,12.5, 9.5

(figura 11) (ver anexo A).

Los parámetros vendrán dados por la granulometría, expresada en porcentajes parcialesretenidos. Se calcula la sumatoria de los porcentajes parciales retenidos para cada grado del 1 al 7

y se elige el grado correspondiente a la mayor sumatoria (ver anexo B).

Una vez determinado los parámetros de la máquina de los Ángeles se determina la masa total de

la muestra (mi), se coloca el material en la máquina de los Ángeles y se ensaya según el grado

elegido.

Terminado el ciclo de la máquina, se retira el material y se tamiza a través del tamiz de 2,5 mm. El

material retenido es reunido y se registra su masa (mf)

El desgaste del material se calculara como el porcentaje de pérdida de masa, aproximado al 0,1%por la siguiente formula

=

× 100



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=5000 4285

5000 × 100 = 14,84%

II.5) Determinación del coeficiente volumétrico de las gravas.




Observaciones :

Materiales

Pie de metro.

Probeta

balanza

El coeficiente volumétrico medio de las grabas es un valor el cual indica la forma que tienen las

partículas del árido de la muestra en relación a la esfera. Este porcentaje será mayor cuando las

partículas del árido sean de forma más redondeada. Esto influye principalmente en cómo es

manejado el hormigón en un estado fresco.

Para el cálculo del coeficiente volumétrico, en primer lugar mediré con el pie de metro la mayor

dimensión de las partículas y la registraremos aproximando a 0,1 cm (figura 13). También

calcularemos la suma de las dimensiones al cubo (ver tabla).

Posteriormente llenaremos una probeta con 100 mL de agua (v1) y le agregaremos el material

previamente medido y registraremos el nuevo volumen obtenido (v2). Por principio de

Arquímedes calculares el volumen de agua desplazada por las piedras al introducirlas en la

probeta (figura 14), el cual corresponderá al volumen de las mismas (V), según la siguiente

formula.

= 2 1[]


= 1200 1000 = 200[]

Finalmente calcularemos el coeficiente volumétrico medio de las gravas (Cv) según la siguiente

formula.

=1,91 ∗

∑


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=1,91 ∗ 200

1890,27 = 0,20

La aceptación del ensayo viene dada por la diferencia entre los dos resultados obtenidos en

ensayos de muestras gemelas, el cual debe ser igual o inferior a 0,02.


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II.6) Cubicidad de partículas

Normativa aplicable : 8.202.6 (MC-V8, 2012), LNV 3.



Observaciones :

Materiales

Pie de metro

Tamices 20 y 5mm

Recipientes

Poruña Balanza

En la fabricación de hormigón es necesario tener noción de la forma de la roca que se empleara, la

cual deberá tener las tres dimensiones parecidas. Esto es conocido como cubicidad. Por ejemplo

en la fabricación de hormigón para pavimentación, se necesitara una mayor proporción de piedras

con una cierta forma (chancada) para así poder darle la adherencia y resistencia necesaria a dicho

hormigón.

El procedimiento seguido durante este ensayo para poder calcular la cubicidad de las partículas es

el siguiente. En primer lugar pasaremos la muestra por los tamices 20 y 5 mm, se separa en

fracciones las cuales corresponden al material retenido en cada tamiz y se determinara su masa

(Ai)

Para cada fracción se separa visualmente las partículas chancadas y rodadas. Para la fracción

chancada, con un pie de metro separe y determinara la masa de las partículas lajeadas (Di) y la

masa de las partículas sin laja (Bi). Para la fracción rodada, de igual forma se determina la masa de

las partículas lajeadas (Ei) y las partículas sin laja (Ci).

Finalmente se calculara el porcentaje de rodadas, chancadas y lajeadas para cada fracción.


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Fracción tamiz 20 mm.

Porcentaje de chancadas

ℎ = +

× 100


ℎ =515,7 + 138,5

1086,5 × 100 = 60,21%

Porcentaje de rodadas

= +

× 100


=371,3 + 61

1086,5 × 100 = 39,67%

Porcentaje de Lajas

= +

× 100


=138,5 + 61

1086,5 × 100 = 18,36%


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Fracción tamiz 5 mm

Porcentaje de chancadas

ℎ = +

× 100


ℎ =

250,3 + 23,1

324,2 × 100 = 84,33%

Porcentaje de rodadas

= +

× 100


=50,8 + 0

324,2 × 100 = 15,66%

Porcentaje de lajas

= +

× 100


=23,1 + 0

324,2 × 100 = 7,12%


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Ahora procederemos a hacer el cálculo para los factores de ponderación P20 y P5, los cuales serán

utilizados más adelante para la determinación de los porcentajes de material rodado, chancado y

jalado.

Las fórmulas de P20 y P5 son las siguientes.

20 =100

100

5 =

100

Donde

Pqp20mm= porcentaje que pasa por el tamiz de 20 mm =24,30%

Pqp5mm=porcentaje que pasa por el tamiz de 5 mm =1,70%

Si reemplazamos los datos en la ecuación obtenemos

20 =100 24,30

100 1,70 = 0,770

5 =24,30 1,70

100 1,70 = 0,230

Ya con factores obtenidos procederemos al cálculo de los porcentajes totales de material

chancado, rodado y lajeado.

Porcentaje de material chancado total

ℎ = ℎ ∗ 20 + ℎ ∗ 5

Donde

Ch20 es el porcentaje de material chancado en la fracción del tamiz 20

Ch5 es el porcentaje de material chancado en la fracción del tamiz 5


ℎ = 60,21 ∗ 0,770 + 84,33 ∗ 0,230 = 65,76%


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Porcentaje de material rodado total

= ∗ 20 + ∗ 5

Donde

R20 es el porcentaje de material rodado en la fracción del tamiz 20

R5 es el porcentaje de material rodado en la fracción del tamiz 5


= 39,67 ∗ 0,770 + 15,66 ∗ 0,230 = 34,14%

Porcentaje de material lajeado total

= ∗ 20 + ∗ 5

Donde

L20 es el porcentaje de material lajeado en la fracción del tamiz 20

L5 es el porcentaje de material lajeado en la fracción del tamiz 5


= 18,36 ∗ 0,770 + 7,12 ∗ 0,230 = 15,7%


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III) Resultados

III.1) Determinación de la densidad aparente suelta y compactadas en gravillas.

De acuerdo a la metodología explicada en II.1 las densidades aparentes compactadas para la

gravillas son, para la muestra 1 1580,2 [kg/m3] y para la muestra 2 es 1590,2 [kg/m 3]. La densidad

aparente viene dada por la diferencia entre las densidades aparente de las muestras gemelas, la

cual es 10 [kg/m3].

Las densidades aparentes sueltas para gravilla son, para la muestra 1 1557,4 [kg/m 3] y para la

muestra 2 es 1535, 7 [kg/m3]. La densidad aparente suelta viene dada por la diferencia de las

densidad aparente de cada muestra, la cual es 21,7 [kg/m3]

III.2) Determinación densidad real, neta y absorción de agua en gravas.

De acuerdo con los resultados obtenidos de las ecuaciones expuesta en II.2 la densidad real del

material saturado superficial mente seco es 2697,69 [kg/m3], la densidad real del material seco es

2664 [kg/m3], la densidad neta 2756,89 [kg/m3] y la absorción de agua para la misma muestra es

12,64 %.

III.3) Determinación de la densidad real, neta y la absorción de agua en arenas.

Según el experimento detallado en II.3 y los resultados obtenidos en los mismos podemos decir

que la densidad real de la arena en estado saturado superficialmente seco es 2629,12 [kg/m 3], la

densidad real para la arena seca es 2589,68 [kg/m 3], la densidad neta es 2701,31 [kg/m3] y la

absorción de agua es 1,64%.

III.4) Determinación del desgaste de gravas – Método de la máquina de los ángeles

Según el experimento realizo siguiendo el procedimiento II.4 el porcentaje de desgaste de la

muestra de 5 kilogramos es 14.84%.


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III.5) Determinación del coeficiente volumétrico de las gravas.

Los resultados de las masas de las gravas son:

Masa Masa^3

1 7,09 348,91

2 6,14 251,48

3 6,28 247,67

4 4,82 111,98

5 5,38 155,72

6 5,10 132,65

7 4,86 114,79

8 5,04 128,02

9 4,77 108,02

10 4,32 80,62

11 4,50 91,13

12 4,45 88,12

13 3,70 50,65

Total= 1909,76

De acuerdo al experimento y ecuaciones expresadas en la sección II.5, el coeficiente volumétricode las grabas es 0,2

III.6) Cubicidad de partículas

Según el experimento especificado en II.6 obtenemos los siguientes resultados.

tamiz chancada rodadas lajeadas

20 60,21% 39,27% 18,36%

5 84,33% 15,66% 7,12%

Además, los cálculos de los porcentajes totales de material chancado es 65,76%, el de material

total rodado es 34,14% y el porcentaje total de material lajeado es 15,7%. Para calcular estos

porcentajes también utilizamos 2 factores de ponderación, uno para cada tamiz los cuales son,

para el tamiz 5 es 0,230 y para el tamiz 20 es 0,770.


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IV) Conclusión

La densidad aparente se subdivide en dos tipos la suelta y la compactada, y esta está regulada por

la NCH1116 Of77. Según los resultados obtenidos en el laboratorio, la diferencia entre muestrasgemelas es de 21,7 k/m^3, por lo cual esta cumple con la norma. En tanto para la densidad

aparente compactada, obtenemos que las muestras gemelas poseen una diferencia perteneciente

al rango de aceptación. La densidad compactada al ser mayor, nos indica que las partículas al ser

apisonadas, y sufrir un reordenamiento pudieron llenar de mejor maneras los espacios que habían

dentro del recipiente, y que para el cálculo de la densidad aparente suelta permanecieron usados

por el aire.

Para el análisis de la densidad real y neta, de gravas y arenas, se utilizaron procedimientos

distintos mencionados dentro de las normas NCh1117 Of77 y NCh1239 Of77. Para establecer si

estas pertenecían a los rangos mencionados dentro de la normativa, comparados los resultados

con los obtenidos por otros grupos, dado que no realizamos la experiencia para muestras gemelas,

obteniendo aun así que la muestra pertenecía a los rangos de aprobación mencionadas en estas.

El cálculo de la densidad aparente y densidad real nos permite conocer la compacidad del árido, la

cual está determinada por el volumen aparente y el real. En términos prácticos, a mayor

compacidad1, menor será su volumen de huecos.

El cálculo de la densidad real en los áridos gruesos es un valor muy importante al momento de

dosificar, ya que gracias a este dato podemos obtener el valor que aporta este árido a una

dosificación.

La determinación del desgaste de gravas, normado según NCH1369 Of78 arrojo un desgaste de

14.84%, el cual pertenecía a la norma. El desgaste al que es sometido, nos ayuda a comprender el

nivel de resistencia que presentaran los áridos al ser sometidos al desgaste, y hacer manejar esto a

la hora de dosificar el hormigón. Además con los resultados obtenidos, podemos afirmar que las

gravas son aptas para todo tipo de hormigón.

La determinación del coeficiente volumétrico de gravas, nos da la posibilidad de calcular que tan

buena será la manejabilidad y docilidad del hormigón a la hora de verter este en el encofrado.

La cubicidad de las partículas indica la homogeneidad en la forma de estas, tomando en cuenta

que una forma más uniforme entre las partículas permite una mejor distribución dentro de lamezcla, reduciendo en cierta forma el uso de material conglomerante.

La muestra estudiada tenía un alto contenido de áridos chancados en desmedro de los rodados,

además también de un bajo contenido de lajas, lo cual indica una buena cubicidad.


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V) Anexos

Figura1 Figura 2 Figura 3

Figura 4 Figura 5 Figura 6


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Figura 13 Figura 14


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37,5 0 0%

25 2,541 50,80%

19 1,581 31,60%

12,5 0,818 16,20%

9,5 0,064 1,30%

100%

Tamiz

[mm]

Peso

Retenido

%

Retenido

Total=

-Anexo A:

-Anexo B:

Tamiz

[mm]

%

Retenido

75-63

63-50

50-37,5

37,5-25 50,8 50,8 50,8

25-19 31,6 31,6 31,6

19-12,5 16,2 16,2

12,5-9,5 1,3 1,3

9,5-6,3

6,3-4,75

4,75-2,38

82,4 99,9Sumatoria

5

19-9,5

6

9,5-4,75

7

4,75-2,38

1

75-37,5

2

50-25

3

37,5-19

4

37,5-9,5

Grados


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Referencias

1.- http://notasdehormigonarmado.blogspot.cl/2011/04/granulometria-de-los-aridos.html

Documents

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