Práctica N° 30 Granulometria · agregados gruesos y así proteger la fina malla del tamiz # 200...
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Granulometría
GRANULOMETRÍA
Tutor: Gioconda G. de Celis
Tesista: Yucely Albornoz
Marzo 2014
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RIO
Manual de Prácticas de Laboratorio de Pavimentos Granulometría
200 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
5.4.1. MÉTODO DE ENSAYO PARA DETERMINAR LA COMPOSICIÓN GRANULOMÉTRICA DE LOS AGREGADOS FINOS, GRUESOS Y MUESTRAS DE
SUELOS
MÉTODO DE ENSAYO
COVENIN ASTM AASHTO
- C 136 T 27
5.4.1.1. INTRODUCCIÓN
El Principio básico del análisis granulométrico por el método del tamizado es un
proceso mecánico mediante el cual se separan las partículas de un suelo en sus diferentes
tamaños, denominando, a la porción menor de 0.074 mm (tamiz Nº 200) como limo, arcilla, y
coloide.
Este procedimiento determina el tamaño de las partículas utilizando para tal fin
tamices de abertura especificada.
Es la característica más importante de los agregados ya queafecta la estabilidad y la
trabajabilidad de las mezclas, y constituye, por lotanto, uno de los requisitos básicos de las
especificaciones. Es importanteconocer no solo la estructura granulométrica como un
sistema integral, sinoalgunos de sus componentes principales: tamaño máximo (TM) y
tamañonominal máximo (TNM), el tamiz # 8, la fracción de tamaño arena y el tamiz # 200.
El tamaño máximo (TM) se define como el tamiz más pequeño por el que pasa el 100%
de las partículas.
El tamaño nominal máximo (TNM) corresponde al tamiz inmediatamente superior al
primer tamiz que tiene más del 10% retenido; normalmente es igualal tamiz que sigue al del
tamaño máximo.
El tamiz # 8 separa, en las mezclas asfálticas, de acuerdo al criterio delInstituto del
Asfalto Americano (IDA) la fracción gruesa de la fracción fina, es decir, el retenido en el # 8 se
denomina gruesos y el pasante finos.
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Universidad De Los Andes 201
Eltamaño arenao material llenante,se define como aquella fracción delmaterial que
está comprendida entre el tamiz #16 y el tamiz #100,especialmente la fracción contenida en
el tamiz # 30.
El tamaño#200 de la fracción fina es de suma importancia en el diseño
ycomportamiento de las mezclas asfálticas, ya que por su pequeño tamaño pueden
comportarse como un extendedor de asfalto que al ser mezclado conel ligante se comporta
más como un líquido que como un sólido.
5.4.1.2. OBJETIVO
Conocer la gradación del agregado.
5.4.1.3. DURACIÓN
Con práctica se puede hacer el ensayo en el laboratorio en 60 minutos después de
tener el material secado a peso constante.
5.4.1.4. DEFINICIONES
En el análisis granulométrico los suelos o agregados se clasifican según el tamaño de
sus partículas en:
Rocas: Todas las partículas mayores a 3 pulgadas.
Gravas: Partículas menores de 3 pulgadas (Pasa 3”) y mayores de 4,75 mm (Retenido
en el tamiz # 4). Estas a su vez se clasifican en: Grava gruesa (Pasa 3” y retenido en ¾·)
y grava fina (Pasa ¾” y retenido en # 4).
NOTA 1 Las partículas menores de 0.074 mm se conocen como partículas de grano fino.
Arenas: Partículas menores de 4,75 mm (Pasa # 4) y mayores de 0.074 mm (Retenido
en el tamiz # 200). Estas a su vez se clasifican en: Arena gruesa (Para # 4 y retenido en
# 10), arena media (Pasa # 10 y retenido en # 40) y arena fina (pasa # 40 y retenido en #
200).
Limos: Partículas menores de 0.074 mm (Pasa # 200) y mayores de 0.005 mm.
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Arcillas: Partículas menores de 0.005 mm y mayores de 0.002 mm.
Coloides: Partículas menores de 0.002 mm.
5.4.1.5. SIGNIFICADO Y USO
Una muestra de agregado seco de peso conocido se pasa a través de una serie de
tamices de aberturas progresivamente más pequeñas para determinar la distribución de
tamaño de partículas.
La gradación de un suelo indica las proporciones en peso para cada tamaño de grano
dentro de un conjunto dado de partículas.
El análisis granulométrico tiene, por lo tanto, por objeto determinar el tamaño de los
granos que componen el suelo y la proporción de una determinada fracción de granos como
porcentaje de la masa total de la muestra.
El conocimiento de la gradación es importante para juzgar en general y para clasificar el
suelo, aunque a veces se encuentran usos directos y prácticos de los resultados
experimentales (para juzgar la compactibilidad, la trabazón, la permeabilidad y las
posibilidades de estabilización de los suelos).
5.4.1.6. EQUIPOS E IMPLEMENTOS
���� Balanza, capacidad 2 kg. min. Con sensibilidad de 0,1 gr. o 0,1% del suelo ensayado
(para agregados finos).
���� Balanza, capacidad 20 g. con sensibilidad de 0,5 gr. o 0,1% del suelo ensayado (para
agregados gruesos).
���� Horno con control para mantener temperaturas uniformes hasta 110 ºC ± 5 ºC. (230
ºF ± 9 ºF).
���� Tamices Nº 200, Nº 100, Nº 50, Nº 30, Nº 16, Nº 8, Nº 4, tapa y fondo, 1 ½” (37,5 mm.),
1” (25,4 mm.), ¾” (19 mm.), ½” (12,5 mm.), 3/8” (9,5 mm.).
���� Tamiz, Nº 4 de 45 cm de diámetro con marco de madera.
���� Bandejas 60 cm. x 60 cm. x 5 cm.
���� Bandeja, 20 cm. x 12 cm. x 7 cm. para secar muestras.
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���� Brocha, cepillo metálico fino.
���� Brocha, pelo fino.
���� Par de guantes, de asbesto.
���� Rociador de agua.
���� Cuchara de albañil.
���� Lona, ó bandeja, ó superficie plana y limpia para cuartear ó mezclar material.
���� Reloj, contador de minutos con alarma.
���� Cuarteadores: uno para finos y otro para gruesos.
���� Tamizador mecánico para tamices de 20 cm de diámetro.
Tamices, Bandejas, brochas, balanza Tamizador mecánico para agregado grueso
Horno cuarteador Tamizador mecánico para agregado fino
Figura N°1. Equipos necesarios para el ensayo.
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5.4.1.7. PREPARACIÓN DE LA MUESTRA
Las muestras deben ser preparadas por muestreo de pilas, bines o de un bache seco,
en el caso de agregados o de una calicata véase esquema figura N° 2; y por monolito o
perforación en el caso de muestras de suelos.
Se tendrá uno de estos tres tipos de material:
a) Mezcla de finos y gruesos.
b) Finos (menor del tamiz Nº 4)
c) Gruesos (mayor del tamiz Nº 4)
Figura N° 2, Recolección de muestra
La granulometría debe hacerse siempre por lavado (lavar por el tamiz # 200) para
separar las partículas finas adheridas a la muestra.
NOTA 2: Las partículas menores a 0.074 mm (# 200) se determinan por hidrometría (véase Manual visualizado
de Hidrometría FLNV – MVA G-09).
a) Mezcla de finos o gruesos
Se debe traer al laboratorio suficiente material, para la realización del ensayo,
debiendo guiarse por el máximo material a ensayar. En la tabla 1 se da las cantidades
mínimas requeridas por ensayo.
MATERIAL PROPUESTO
PILA
TOLVA
MATERIAL PARA EL LABORATORIO
BACHE SECO
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(1)
Tabla 1 Peso de muestra requerida por ensayo
TAMAÑO MÁXIMO
PESO MÍNIMO DE
LA MUESTRA
3/8” (9,5 mm.) 6 Kg
½” (2,5 mm.) 13 Kg
¾” (19 mm.) 26 Kg
1” (25,4 mm.) 52 Kg
1 ½” (37,5 mm.) 78 Kg
2” (50,8 mm.) 104 Kg
5.4.1.8. PROCEDIMIENTO
La muestra es obtenida por medio del método del cuarteo.
NOTA 3: Si el caso lo amerita, la muestra puede lavarse húmeda, tomando una muestra representativa
de la misma para el ensayo de humedad y restándole la humedad usando la siguiente fórmula:
Finos o Gruesos
a) La muestra de finos o gruesos, obtenida por cuarteo, se debe secar en el horno a una
temperatura de 105 ºC ± 5 ºC, hasta un peso constante.
b) Después que la muestra está seca a peso constante, se retira del horno y se pesa.
c) Una vez estabilizado el peso se debe anotar este valor como peso total de la muestra
(P.T.M.)
d) Si se pesa la muestra seca directamente en la balanza se anota este peso en la planilla
de ensayo (véase figura N° 3), ejemplo:
Peso muestra seca = 3.117,0 g
Si se pesa la muestra en un envase encima de la balanza, se debe pesar previamente el
envase a utilizar, y anotar ambos pesos en la planilla de ensayo, por ejemplo:
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Peso muestra seca más recipiente = 3.567,0 g
Peso del envase = 450,0 g
Por diferencia Peso muestra seca = 3.117,0 g
Figura N°3, Peso de la muestra más envase.
Lavado de Agregado en el tamiz # 200
a) Se debe vaciar la muestra en un envase lo suficientemente grande y agregar agua hasta
cubrir la muestra, para que las partículas finas queden suspendidas en el agua.
b) Luego agitaría manualmente con mucho cuidado, evitando ocasionar pérdidas del
material.
c) Se coloca un tamiz # 4 (4.75 mm) sobre un tamiz # 200 (0.074 mm) para separar los
agregados gruesos y así proteger la fina malla del tamiz # 200 (0.074 mm).
d) Se debe agitar la muestra y removerla para que los finos queden en suspensión en el
agua y luego verterla sobre los tamices. Evitando en lo posible la pérdida de material.
e) Se añade agua limpia al envase que contiene la muestra, se agita nuevamente la
muestra y se repite el vaciado del agua sobre los tamices.
f) Se repite este proceso añadiendo agua limpia al envase con la muestra, hasta que el
agua salga limpia y clara al agitarla.
NOTA 3: El material pasa # 4 puede lavarse directamente en el tamiz # 200 utilizando el flujo de agua
proveniente del grifo del lavado o utilizando el frasco lavador.
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g) El material retenido sobre los tamices será colocado en un recipiente adecuado, junto
con la muestra lavada utilizando para esto un frasco lavador, teniendo la precaución de
no dejar material adherido en el tamiz.Por último, se decanta el agua del recipiente.
h) Se seca la muestra en el horno a una temperatura de 105 ºC ± 5 ºC, por un tiempo
mínimo de 18 horas (dependiendo del tipo de agregado) y hasta peso constante.
i) Una vez seca la muestra se deja enfriar, y se procede a pesarlo para obtener el peso
total de la muestra.
j) Luego se vierte en el juego de tamices y se separa en una serie de fracciones en
diferentes tamices (1 ½” (37,5 mm.), 1” (25,4 mm.), ¾” (19 mm.), ½” (12,5 mm.), 3/8”
(9,5 mm.), Nº 4, Nº 8, Nº 16, Nº 30, Nº 50, Nº 100, Nº 200. El % retenido se puede
calcular con la ecuación 1 indica en los cálculos.
Tamizado de agregado grueso
a) Al usar un tamizador mecánico, se debe combinar el juego de tamices requeridos por
las especificaciones. El tamiz con aberturas mayores, es montado en el nivel superior, y
en orden progresivo se termina con el fondo ensamblado en el nivel inferior.
b) Se coloca la muestra en el tamiz superior y se cubre con la tapa.Si la muestra pesa más
de 5 Kg., se recomienda tamizar la muestra por porciones, es decir una a la vez, ó
conseguir y utilizar tamices de mayor tamaño.
c) Las muestras de agregado grueso para análisis de cedazos deberán tener después de
secadas, los pesos mínimos señalados en la tabla N°2.
d) Cuando se realiza el tamizado de manera manual, igualmente se combinan el juego de
tamices según las especificaciones, luego se comienzan a realizar movimientos
circulares por un periodo de tiempo determinado como se muestra en la figura N° 4.
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Tabla 2,Tamaño Máximo vs Peso mínimo de la muestra
TAMAÑO MAXIMO NOMINAL DE LA
PARTICULA (pulg.)
PESO MÍNIMO DE LA MUESTRA
(Kg.)
3/8” 1
½” 2
¾” 5
1” 10
1 ½” 15
2” 20
2 ½” 35
3” 60
3 ½” 100
4” 150
4 ½” 200
5” 300
6” 500
Figura N°4, Realización de movimientos a los tamices con la respectiva muestra.
Tamizado de agregado fino
a) Para los finos se debe utilizar el juego de tamices requerido por las especificaciones. Se
debe distribuir la muestra uniformemente en el tamiz superior.
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b) La duración para tamizar la muestra será aquel tiempo en que no más del 1 % del
residuo de un tamiz pase por su malla en un minuto.
c) Es preciso hacer periódicamente, a mano, el cernido de los finos y gruesos con un
chequeo de los resultados del cernido mecánico.
Realización de la granulometría
a) Con el tamiz de mayor abertura colocado entre la tapa y el fondo, se inclina un poco
este conjunto y se sube y golpea contra la otra mano que se mantendrá siempre en una
misma posición.
b) Se golpea así con un ritmo de aprox. 150 golpes por minuto, después de cada 25 golpes
se gira este conjunto 1/6 parte de una revolución.
A continuación se presenta de manera esquemática las posiciones y giros del tamiz.
c) Se pesa el retenido en el tamiz y se coloca la muestra que está en el fondo en el tamiz
subsiguiente con otro fondo.
Se repiten los golpes y pasos para todo el juego de tamices.
d) Se debe separar el retenido en el tamiz para pesarlo.
NOTA 4 No se debe usar los dedos para pasar agregados que pueden ser admitidos por las aberturas del
tamiz. Se deben dejar en el tamiz.
Es natural que existan partículas, en ciertos agregados, con algún lado menor que la
abertura del tamaño donde se han retenido.
El método estándar indica que se debe agitar un tamiz con la muestra hasta llegar a
menos del 1% del residuo que pasa el tamiz en un minuto.
Se debe hacer pruebas con el material y los tamices para determinar este tiempo.
2° 25 GOLPES 3° 25 GOLPES
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Cuando se usa el tamizador mecánico, se fija el tiempo en el reloj, con alarma, que
corresponda a aquel tamiz que necesite más tiempo para cernir el material.
e) Las fracciones retenidas en cada tamiz, se pesan en la balanza de 0.01 gr de
sensibilidad como se muestra en la figura N° 5, y se anotan en la planilla de ensayo.
Ejemplo 1:
Peso muestra en el tamiz ¾” = 1.222,0 g
Peso muestra en el tamiz ½” = 1.078,0 g
Figura N°5, Peso de la muestra retenida para cada tamiz.
Si se pesa el material con un envase, se debe pesar y anotar el peso del envase
también.
Cuando las especificaciones lo indiquen, las fracciones de la muestra retenidas en cada
tamiz deberán ser lavados según el ensayo A.S.T.M. C 117 para poder determinar la
cantidad total de finos menor al Nº 200.
Así se puede determinar el factor corrección que debe ser aplicado a la granulometría
realizada en seco.
f) Se debe calcular el “% que pasa” de cada tamiz por el procedimiento indicado en su
formulario, y anotar el “%” en números redondos.
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Ejemplo 2
% que pasa ½” 26,0 %
Se anota el “%” de cada tamiz en números redondos menos el % del Nº 200, el cual se
indica próximo a 0,1 %.
Ejemplo 3:
% que pasa Nº 20 7,3 %
5.4.1.8. CRITERIOS DE PRECISIÓN
Las estimaciones de precisión para este método de ensayo están en la tabla 3. Las
estimaciones están basadas en los resultados del “programa de muestreo de eficiencia de
laboratorios de materiales, de referencia de la A.A.S.H.T.O” con ensayos realizados por el
método de ensayo A.S.T.M. C136 y A.A.S.H.T.O. T127.
Las estimaciones de precisión están basadas en el análisis de los resultados de 65 a 233
ensayos de laboratorio realizados a 18 pares de muestras de agregados gruesos y resultados
de ensayos de 74 a 222 laboratorios que ensayaron 17 pares de muestras de agregados finos,
realizados para determinar eficiencia en los ensayos.
Los valores de la tabla están dados para diferentes rangos de porcentaje total de
agregado que pasa cada tamiz.
Los valores de precisión para agregados finos de la tabla 3 están basados en muestras
de peso nominal de 500 g. La revisión de este método en 1994 permite que el tamaño de la
muestra de agregado fino sea de 300 g mínimo.
Los análisis de resultados de ensayos de muestras de 300 g y 500 g para medir
eficiencia de ensayos, se realizaron en muestras y produjeron los valores de precisión de la
tabla 4, en la que indica solamente diferencias menores derivadas del tamaño de las
muestras.
NOTA 5 Los valores de agregados finos serán revisados para reflejar el tamaño de la muestra de 300 g cuando
se hayan realizado un número suficiente de ensayos de eficiencia usando el tamaño de las muestras que
proporciona datos confiables.
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(1)
5.4.1.9. CÁLCULOS Y RESULTADOS
El % de retenido parcial, se calcula en función al peso total de la muestra (T).
Ejemplo 1: % Retenido parcial:
El % de retenido acumulado se obtiene sumando en forma acumulada los % de
retenidos parciales.
Ejemplo 2: % Retenido Acumulado:
En el tamiz de3” = 2.5
En el tamiz de2” = 2.5 + 4.0 = 10.5
También puede ser:
En el tamiz de 1 ½” = 6.5 + 4 = 10.5
El % que pasa cada tamiz, se obtiene restando de 100 (%) cada % retenido acumulado
en cada tamiz, o también mediante la resta sucesiva de 100 menos cada % retenido parcial.
Ejemplo 3: % que pasa cada tamiz
Pasa 3” = 100 – 2.5 = 97.5
Pasa 2” = 100 – 6.5 = 93.5
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5.4.1.10. CURVA GRANULOMÉTRICA
La curva granulométrica es útil para el cálculo del coeficiente de uniformidad (Cu) y el
de curvatura. El coeficiente de uniformidad se calcula por medio de la siguiente fórmula:
Cu = D60 (2)
D10
Dónde:
D60 = Es el diámetro correspondiente al 60% pasante, obtenido de la curva granulométrica.
D10 = Es el diámetro correspondiente al 10% pasante, obtenido de la curva granulométrica y
es denominado también tamaño efectivo.
Ejemplo 4: De la Curva Granulométrica se obtiene:
Cu = 6= 54.5
0.11
El coeficiente de curvatura (Cc) puede ser calculado mediante la siguiente expresión:
Cc = (D30)2 (3)
D60 x D10
Cc = (0.73)2= 0.81
6 x 0.11
Dónde:
D30 = Es el diámetro correspondiente al 30% pasante, obtenido de la curva granulométrica.
5.4.1.11. PREPARACIÓN DE LA CURVA GRANULOMÉTRICA
En un papel semi logarítmico colocar en el eje de las abscisas (Y) los porcentajes
pasantes y el eje de las ordenadas (X) los diámetros respectivos, tal como se ilustra en la
gráfica Nº 1.
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Tabla N° 1,PRECISIÓN
TOTAL PORCENTAJE DE MATERIAL
PASANTE
DESVIACION ESTANDAR (1s),% A
RANGO DE ACEPTABILIDAD DE DOS RECULTADOS (d2s),%A
Agregado Grueso B: Precisión para un
solo laboratorista
<100
<95
<85
<80
<60
<20
<15
<10
<5
<2
95
85
80
60
20
15
10
5
2
>0
0.32
0.81
1.34
2.25
1.32
0.96
1.00
0.75
0.53
0.27
0.9
2.3
3.8
6.4
3.7
2.7
2.8
2.1
1.5
0.8
Agregado Grueso : Precisión para un
solo laboratorista
<100
<95
<60
<20
<15
<10
<2
95
60
20
15
10
2
>0
0.26
0.55
0.83
0.54
0.36
0.37
0.14
0.7
1.6
2.4
1.5
1.0
1.1
0.4
Precisión para dos o
más laboratoristas
<100
<95
<60
<20
<15
<10
<2
95
60
20
15
10
2
>0
0.23
0.77
1.41
1.10
0.73
0.65
0.31
0.6
2.2
4.0
3.1
2.1
1.8
0.9
AEstos Números representan, los límites (1s) y (d2s) respectivamente descritos en la práctica C670 BLas precisiones estimadas están basadas en tamaño máximo nominal de 19.0mm (3/4”).
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Tabla N° 2,DATOS DE PRECISIÓN DE ENSAYOS PARA 300 G Y 500 G
Ensayo de eficiencia del agregado Fino En el
Laboratorio Entre
Laboratorios
Resultado de ensayo Tamaño
de muestra
Núm. de Laboratorios
Promedio 1s d2s 1s d2s
Total de material pasante
N°4(%)
500g
300g
285
276
99.992
99.990
0.027
0.021
0.066
0.060
0.037
0.042
0.104
0.117
Total de material pasante
N°8(%)
500g
300g
281
274
84.10
84.32
0.43
0.39
1.21
1.09
0.63
0.69
1.76
1.92
Total de material pasante
N°16(%)
500g
300g
286
272
70.11
70.00
0.53
0.62
1.49
1.74
0.75
0.76
2.10
2.12
Total de material pasante
N°30(%)
500g
300g
287
276
48.54
48.44
0.75
0.87
2.10
2.44
1.33
1.36
3.73
3.79
Total de material pasante
N°50(%)
500g
300g
286
275
13.52
13.51
0.42
0.45
1.17
1.25
0.98
0.99
2.73
2.76
Total de material pasante
N°100(%)
500g
300g
287
270
2.55
2.52
0.15
0.18
0.42
0.52
0.37
0.32
1.03
0.89
Total de material pasante
N°200(%)
500g
300g
278
266
1.32
1.30
0.11
0.14
0.32
0.39
0.31
0.31
0.85
0.85
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216 Facultad de Ingeniería – Escuela de Civil
Grafica Nº 1, CURVA GRANULOMÉTRICA
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PLANILLA DE ENSAYO
Granulometría
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
ENSAYO GRANULOMÉTRICO POR TAMIZADO
NOMBRE DEL PROYECTO: __________________________________________________________________________
PROCEDENCIA DE LA MUESTRA:______________________________________________________________________
TIPO DE MEZCLA:_______________ PROFUNDIDAD:__________________FECHA.:_________________________
TIPO DE MATERIAL : Mat. Grueso TIPO DE MATERIAL : NÚMERO.......... : 1 NÚMERO.......... :2
TAMIZ PESO DEL MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA TAMIZ PESO DEL
MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA
1" 100.0 1" 100.0
3/4" 3/4" 0.0
1/2" 1/2"
3/8" 3/8"
Nº 4 Nº 4
Nº 8 Nº 8
Nº 30 0.0 Nº 30
Nº 50 0.0 Nº 50
Nº 100 0.0 Nº 100
Nº 200 0.0 Nº 200
Cacerola 0.0 Cacerola
PESO AGREGADO MAS TARA PESO AGREGADO MAS TARA PESO TARA PESO TARA
PESO AGREGADO PESO AGREGADO
TIPO DE MATERIAL : TIPO DE MATERIAL : NÚMERO.......... : 3 NÚMERO.......... : 4
TAMIZ PESO DEL MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA TAMIZ PESO DEL
MATERIAL
% RETENIDO
ACUMULADO % QUE PASA
1" 1" 0.0 #¡DIV/0! 100.0
3/4" 3/4"
1/2" 1/2"
3/8" 3/8"
Nº 4 Nº 4
Nº 8 Nº 8
Nº 30 Nº 30
Nº 50 Nº 50
Nº 100 Nº 100
Nº 200 Nº 200
Cacerola Cacerola
PESO AGREGADO MAS TARA PESO AGREGADO MAS TARA
PESO TARA PESO TARA PESO AGREGADO PESO AGREGADO
ENSAYADO POR:_____________________________ REVISA DO POR:______________________________ FECHA:_____ __________________
Granulometría
LABORATORIO DE MECÁNICA DE LOS SUELOS Y PAVIMENTOS
ANALISIS GRANULOMETRICO POR TAMIZADO
Nº de Laboratorio Identificación de la muestra
Banda Superior
Mezcla de diseño
Banda Inferior Observaciones
01 Mezcla de materiales según mezcla tipo
Análisis Granulométrico Cálculo: Dibujo: Fecha: Localidad: