INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO ACADEMIA DE VIAS TERRESTRES MATERIA Pavimentos y terracerías PROFESOR Julio Velázquez de León Collins PRACTICA 3 EXPANSIÓN, CBR Y EQUIVALENTE DE ARENA GRUPO 7CM3 ALUMNOS Ramírez Tenorio Sonia Melissa Domínguez Fragoso Aarón FECHA 11/ 11 / 15 EXPANSIÓN Objetivo: Conocer el porcentaje que se expande o se hincha el material en forma vertical, al encontrarse saturado de agua y con sobrepesos, esto provocado por la reacción química entre las arcillas y el agua, este es un factor de gran importancia en pavimentos para evitar deformaciones, ya que cuando el suelo pierde dicha agua se contrae, provocando fallas funcionales. Marco Teórico La Base y Sub-base Granular desempeñan una función estructural específica. El normal funcionamiento de un pavimento está directamente relacionado con el correcto desempeño de éstas bajo condiciones normales de servicio. Dicho desempeño es definido por las características físicas, químicas y mecánicas del material granular y sobre las cuales es preciso definir un control. La fracción fina de los materiales granulares y en particular de la fracción arcillosa define en forma relevante el comportamiento mecánico del conjunto. Por ello es necesario caracterizarla y clasificarla mediante métodos cuantitativos que permiten tener un criterio más claro de la naturaleza cualitativa de la misma. Debido a que una buena cimentación de un camino necesita la menor cantidad de finos posible, sobre todo de arcillas, que son los materiales que en contacto con el agua causan un gran daño al pavimento, pues es necesario saber si la cantidad de finos que contienen los materiales que serán utilizados en la estructura del pavimento es la adecuada, por tal motivo se hizo necesario el plantear una manera fácil y rápida que nos arroje dichos resultados; sobre todo cuando se detectarán los bancos de materiales. El Equivalente de Arena es una prueba de laboratorio, que se realiza con el objeto de determinar qué porcentaje de una muestra se puede considerar como arena. De manera muy simple lo que se hace es separar por medio de una solución química las partículas finas o polvos de las arenas. Se considera que una arena tiene una excelente calidad si tiene un equivalente superior al 90%. Se pretende que este ensayo rápido de campo sirva para investigar la presencia de materiales finos o de apariencia arcillosa, que sean perjudiciales para los suelos y para los agregados pétreos tanto para la Sub Base, Base Granular o Carpeta Asfáltica al igual para las obras de concreto hidráulico. Material Y Equipo El equipo para la ejecución de la prueba estuvo en condiciones de operación, calibrado, limpio y completo en todas sus partes, utilizando el mismo que la prueba porter, además de: Molde con base y extensión de 15.7 cm. y 12.5 de altura aproximadamente. Varilla con punta de bala. Cápsula de alumínio. Malla de 2.54cm. (1”) Probeta de 500 ml. Cápsula de alumínio. Vernier. Guantes de hule. Máquina para aplicar carga o presión con capacidad de 30 toneladas. Balanza con capacidad de 20Kg. y otros con aproximación de 1gr. Charola cuadrada de 60x 40cm. Horno con temperatura controlable de entre 105º-110º C. dos sobrepesos con un peso aproximado, de 360 gr. Con forma de dona y de media luna Placa base perforada con vástago central Dos hojas de papel filtro, triple, micrómetro con aproximación de 0.01mm Tanque de saturación con un tirante de agua de cuando menos 5 cm. por encima de la muestra. Procedimiento: 1.- Colocar las hojas de papel filtro, una arriba y otra en la parte inferior de la muestra (con esto evitamos la perdida de finos en el espécimen al entrar en contacto con el agua, ya que estos son los que pueden provocar la expansión). Armar el molde con base y extensión y colocar sobre la muestra compactada la placa base perforada,(dicho elemento nos servirá para que exista circulación de agua dentro del espécimen, que escomo realmente ocurre en el campo) y sobre de ella colocamos los dos sobrepesos, (estos realizaran las veces de las capas superiores que pueden estar sobre la capa analizada). 2.- En el triple colocar el micrómetro y apoyamos las patas del primero sobre los bordes de la extensión del molde, centrar el vástago de la placa y del micrómetro buscando que ambos entren en contacto (esto se conocerá por el movimiento de la manecilla grande del micrómetro) se aprieta la tuerca de la placa base (con esto evitamos que se mueva el vástago de su posición original) se lleva al tanque de saturación, donde se coloca de tal manera el micrómetro que se puedan tomar lecturas de la misma posición (marcar en qué lugar se encuentran colocadas las patas del triple para repetir esta posición cuando se venga a tomar lecturas) se toma la medida del micrómetro y se anota como lectura inicial. A las 24 horas se vuelve a leer en el micrómetro y se anota como segunda lectura. A las 24 horas se vuelve a leer en el micrómetro, si es muy semejante esta lectura con la del día anterior esto nos indica que el material ya no se expandió, más y este dato lo reportamos como: lectura final. Si a las 72 horas la lectura sigue variando se deja en el tanque la muestra hasta cinco días y ahí se toma la lectura final cuando estas no varían demasiado. Pero después de este tiempo el material se continua hincando es indicio de que presenta gran cantidad de finos plásticos y por consecuencia no puede emplearse en un pavimento a menos que se realice un tratamiento adecuado. La expansión se obtiene con la siguiente expresión: Cálculos Y Resultados Los datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica son los siguientes: 1.- Lectura inicial = Li = 6.01 cm 2.- Lectura final a 48 hrs = Lf = 8.53 cm 3.- He = 11.2 cm 4.- =22.5% Conclusión: Mal Comportamiento de los Suelos debido A la Expansión. Las consecuencias más perjudiciales de la expansión de un suelo se hacen más notorias en zonas áridas y semiáridas, debido a que la humedad de los suelos cerca de la superficie es normalmente baja a causa de la evaporación. Por otra parte, una carretera relativamente impermeable que reduce la evaporación, o una estructura que protege del sol y del calor, permiten que la humedad se acumule y que el suelo se expanda, entonces los movimientos diferenciales se hacen notorios. VALOR RELATIVO DE SOPORTE (VSR o CBR) Objetivo Obtener la resistencia que presentan los suelos al ser penetrados por un vástago de 19.5 cm. de sección, se obtendrá la carga que soporta el material a cierta profundidad establecidas de antemano (1.27, 2.54, 3.81, 5.07, 7.62, 10.16, 12.7mn). Con esta prueba de laboratorio se analiza la calidad de los materiales en cuanto resistencia y se puede definir en qué capa del pavimento puede emplearse. Material: Molde con base y extensión de 15.7 cm. y 12.5 de altura aproximadamente. Varilla con punta de bala. Cápsula de alumínio. Malla de 2.54cm. (1”) Probeta de 500 ml. Cápsula de alumínio. Vernier. Guantes de hule. Máquina para aplicar carga o presión con capacidad de 30 toneladas. Balanza con capacidad de 20Kg. y otros con aproximación de 1gr. Charola cuadrada de 60x 40cm. Horno con temperatura controlable de entre 105º-110º C. dos sobrepesos de aprox. 360g Equipo de penetración en el cual se puedan tomar lecturas cuando menos a cada10Kg Micrómetro con aproximación de 0.01mm Extensión para colocar el deformimetro Procedimiento: 1. En el laboratorio se cuenta con una maquina digital moderna que permite realizar la prueba, para programar el software, que lleva por nombre “DIGIMAX”, se realiza lo siguiente: 1.1.- Abrir el programa (V.R.S.) (C.B.R.) 1.2.- Aparece load test (prueba de carga) solicita un nombre para la prueba y se aprieta OK. 1.3.- Abrir la ventana file y apretar new test y solicita el nombre del ensaye, dar OK. 1.4.- Abrir simple data, donde nos solicita una serie de datos, tanto de la prueba de compactación. 1.5.- Abrir la ventana TEST y apretar START TEST. Aparece INSERT TEST DATA y nos pide TEST VELOCITY (mm/min.) velocidad de la prueba y APPLIED SURCHANGE (N) aplicación de la sobrecarga, salir. 1.6.- Aparece la ventana WAIT WINDOD y prender VERSER TEST y el DIGIMAX, seleccionar. En este ultimo la prueba de V.R.S., en el marco de carga en SPEED CONTROL poner el número 255 (para que la prueba se desplace a 1.27 mm/min). 2.- Ahora bien, una vez programada la máquina, se saca la muestra del tanque dejándola escurrir 3 min. 3.- En forma horizontal, se retira la placa base y se lleva la muestra al marco y se le colocan los sobrepesos, haciendo que el vástago pase entre ellos. Se empieza la prueba y cuando llegue a la penetración de 12.7mm. Leídos en el DIGIMAX se detiene el ensayo. 4.- Calcular el porcentaje de valor relativo de soporte para una profundidad de penetración de 1’’ y 2’’, con las siguientes formulas: Dónde: 1360 = Equivale a la carga que presentaría un material de buena calidad, para esa penetración; por ejemplo: una caliza triturada. CÁLCULOS Y RESULTADOS Los datos obtenidos durante el desarrollo de la práctica son los siguientes: 1.- Del software DIGIMAX, se registraron los siguientes datos: PENETRACION (mm) CARGA (Kn) Carga (kg) 1.27 1.922 195.92 2.54 6.681 681.04 3.81 12.828 1307.65 5.08 18.999 1936.70 7.62 26.172 2667.89 10.18 29.605 3017.84 12.7 31.291 3189.70 2.- 3.- EQUIVALENTE DE ARENA Objetivo Determinar el porcentaje de arena y de finos en una muestra que pasa la malla No. 4, esto con el fin de conocer la cantidad de finos que pudiera causar deformaciones en las capas que conforman el pavimento. Equipo y material Malla No. 4 500 gr de suelo Cápsulas de aluminio 2 Probetas Agitador Pisón para equivalente de arena Solución de trabajo (Agua destilada, Formaldehído, Cloruro de calcio y glicerina) Desarrollo Cribar por la malla No. 4, 500 gr de suelo Llenar cada probeta con solución de trabajo (hasta 4”) Pesar en las cápsulas de aluminio 100 gr de suelo cribado; Colocar los 100 gr de suelo en cada probeta con solución y dejar reposar 10 minutos. Colocar tapón y Agitar durante 45 segundos, dos ciclos por segundo Rellenar las probetas hasta 15” Dejar reposando durante 20 minutos hasta que se sedimente el material Tomar lectura de arcilla Con el pisón para equivalente de arena tomar lectura de arena, se debe introducri sin generar turbulencia hasta donde se detenga el pison tpmar lectura del indicador y restar 3” Cálculos Probeta 1 Conclusiones Mediante esta prueba conocimos el contenido de finos que tiene el material y en base a esto saber si es adecuado para utilizarlo en la construcción del pavimento, ya que un alto contenido de material fino y arcillas puede significar un gran cambio en su comportamiento mecánico debido a la presencia de agua, y con esto deteriorando la calidad y/o durabilidad de las carreteras. Es por ello que conocer estos porcentajes es muy importante ya que en base a estos se puede deducir si utilizar o no el material de acuerdo a las características del proyecto.