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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA UNIDAD ZACATENCO Práctica No. 3 “Prueba Porter y VRS” Morales Parra Diego Natanael Olguín Calderón Candy Monserrath Peña Peñuñuri Stephanie Valentín de la Torre María Alejandra Pavimentos y Terracerías 7CM14 Profr. Ing. Julio Velázquez de León Collins 04 Octubre 2016

PRACTICA No. 3 PRUEBA PORTER  Objetivo de la práctica El objetivo de ésta prueba es obtener el peso volumétrico seco máximo y la humedad optima de compactación de la muestra cuando se le aplica una carga de 140.6kg/cm2. en un lapso de 5 minutos. E esta prueba se realiza en suelos que carecen de cementación y que pasan la malla de 2.54cm. (1”)Esto se efectuara por tanteos, al agregar ò disminuir la cantidad de agua de la muestra. 

Materiales utilizados  Molde con base y extensión de 15.7 cm. y 12.5 de altura proximadamente.  Varilla con punta de bala.  Cápsula de aluminio.  Malla de 2.54cm. (1”)  Probeta de 500 ml.  Vernier.  Maquina para aplicar carga o presión con capacidad de 30 toneladas.  Balanza con capacidad de 20Kg. y otros con aproximación de 1gr.  Charola cuadrada  Horno con temperatura controlable de entre 105º-110º C.



Consideraciones teóricas

En suelos friccionantes es muy común que las pruebas dinámicas produzcan una curva de compactación con una forma inadecuada para la determinación del peso volumétrico seco máximo y una humedad óptima. También, para este tipo de suelos existen otras pruebas de compactación en las que usualmente se define una curve de compactación de forma típica, adaptada para los fines que se persiguen. Una de estas es la prueba de compactación estática, que introdujo O. J. Porter y que alcanzó su forma definitiva alrededor de 1935. en ella se compacta al suelo colocándolo dentro de un molde cilíndrico de unas 6" de diámetro, el suelo se dispone en tres capas y se acomoda con 25 golpes de una varilla con punta de bala, lo que no significa una compactación intensa, pues la varilla es ligera y la al tura de caida, que

no esta especificada es la mínima utilizable por el operador para la manipulación cómoda. La compactación propiamente dicha se logra al aplicar al conjunto de tres capas una presión de 140.6 Kg/cm² , la cual se mantiene durante un minuto. Este método de prueba sirve para determinar el peso volumétrico seco máximo y la humedad óptima en suelos con partículas gruesas que se emplean en la construcción de terracerías; también se puede emplear en arenas y en materiales finos cuyo índice plástico sea menor que 6. el método consiste en preparar especimenes con material que pasa la malla de una pulgada, a los que se le agregan diferentes cantidades de agua y se compactan con carga estática. 

Desarrollo de la práctica 1. Cribamos por la malla 1” (2.54cm.) 4 kg de material seco, el cual se cuarteo más adelante en porciones del mismo peso. 2. Medimos el diámetro y la altura del cilindro y después lo pesamos. Hcilindro = 18.97 cm cilindro= 15.7 cm Wcilindro= 7.110 kg Acilindro = 193.59 cm2 Con los datos obtenidos, calculamos la carga total que se le aplicó a la muestra durante 5 minutos y luego durante 1 minuto. Este dato lo obtuvimos con la fórmula: W= Área del cilindro x 140.6kg/cm2 W= (193.59 cm2 ) (140.6kg/cm2) = 27,218.754 kg W1=

27,218.754 kg

W1=

5 𝑚𝑖𝑛

= 5,443.7508 kg/min

5,443.7508 kg 60 𝑠𝑒𝑔

= 90.7292 kg/min

3. Posteriormente pesamos la cápsula y anotamos el dato junto con el número que correspondía a la cápsula. 4. De la muestra de 4 Kg que cribamos anteriormente. Colocamos 1 kg en la charola y la rociamos con agua de manera homogénea fuimos dosificando poco a poco para poder medir la cantidad de agua que utilizamos en la muestra, la cual fue de 500ml. *La forma de saber si el material tiene la humedad adecuada o se está cercana a esta, consiste en tomar con la mano seca una porción de material húmedo y apretarlo con fuerza, si queda un pequeño roció en la palma de la mano es indicio de que se esta llegando a humedad óptima. 5. Luego, del material que humedecimos, tomamos una muestra de entre 100 y 110 gramos, y lo colocamos en la cápsula, para pesarlo y obtener el peso de la muestra húmeda (incluyendo el peso de la cápsula). 6. Posteriormente, el resto de la muestra lo colocamos en el molde, dividiendo la muestra en tres capas. Cada una de las capas fue acomodada con la varilla de punta de bala, dando 25 golpes en forma de espiral. 7. Después, lo que hicimos fue colocar el cilindro con la muestra en la maquina para aplicar presión, y fuimos aplicando la carga lentamente durante el tiempo antes mencionado, cabe mencionar que la fuerza aplicada, fue la que obtuvimos en el paso 3 del desarrollo. Esto se hace con la finalidad de que el material se acomode poco a poco. Cuando se llegó a los 5 minutos y por ende a la carga máxima de 140.6Kg./cm2 se sostuvo durante un minuto más con dicha carga. En ese momento la muestra saca unas cuantas gotas de agua por la parte inferior del molde lo que es indicio de que se encontró la humedad óptima y por consecuencia su peso volumétrico seco máximo *Si las gotas comienzan a aparecer antes de aplicar la carga máxima, indica que nos excedamos de agua. Si por el contrario no se humedece ni la base de el molde es indicio de que falto

humedad, en ambos casos la muestra se desecha y se toma otra porción de material de los restantes 4Kg, y para el primer caso se reducirá la cantidad de agua y en el otro se incrementara en un porcentaje que varia de 24% de agua con respecto del peso de la muestra seca mas la cantidad agregada anteriormente. Luego de que pudimos observar las gotas de agua, retiramos el molde de la maquina y le quitamos la base y la extensión, para poder pesar la muestra húmeda junto con el molde y posteriormente por diferencia se obtiene el peso de esta ultima. Wmuestra con cilindro= 11.689 kg Wm = 11.689 kg – 7.293 kg = 4.396 kg Para medir la altura faltante que existe entre la parte superior del espécimen y el borde de el molde, se realiza la medición en una orilla, en el centro y en la orilla opuesta, se obtiene el promedio y a esto le nombraremos altura faltante (HF), este valor se lo restamos a la altura del molde y con esto se obtiene la altura del espécimen compacto (Hec). Conociendo el área del cilindro la multiplicamos por la altura del espécimen y se obtiene el volumen compacto de la muestra (Vc). Hcompactación = 6.50 cm Hec= = 19.5 cm – 6.50 cm = 13 cm Vc = 13 cm (193.59 cm2 ) = 2516.67 cm3 

Resultados obtenidos

 Peso volumétrico húmedo

γm = (Wm)

/ (Vc)

Donde: γm = Peso volumétrico húmedo Wm = Peso de la muestra Vc = Volumen compactado

γm = γm =

4000 𝑔𝑟 2561.67 cm3

1.5894 gr/ cm3 = 1589.40 kg/ m3

Peso de la cápsula = 16.3 gr Peso de la cápsula + suelo húmedo = 117.6 gr Peso de la cápsula + suelo seco = 100 gr Peso del agua = 117.6gr – 100 gr = 17.6 gr Peso del suelo seco = 100gr – 16.3gr = 83.7 gr

 Contenido de humedad ω = ( Ww / Ws ) * 100 Donde Ww = peso del agua = peso total – peso seco = Ws = peso sólidos = peso seco = 17.6 ω= *100 = 21.03 % 83.7  Peso volumétrico seco máximo

γmax = (γm

/ (100 + ω)) * 100

γmax = (1589.40 / (100 + 21.03)) * 100 γmmax = 1313.23 kg/ m3  Conclusiones En conclusión podemos decir que la prueba Porter nos sirve para poder obtener y calcular diversas características del material con el que estamos trabajando, por ejemplo, el contenido de humedad y peso volumétrico seco máximo. Conocer estos datos nos sirve primeramente para poder saber en donde podemos utilizar nuestro material (base, sub-base, terraplén, etc.) debido a sus características, lo cual nos va ayudar a trabajar el material de la manera más adecuada, con la finalidad de obtener la mejor calidad en nuestro camino y así evitar los accidentes que puedan ocurrir debido al mal uso del material. Es importante llevar a cabo este tipo de pruebas con la mayor precisión posible, todo con el fin de obtener buenos y mejores resultados.

PRACTICA No. 3 VRS  Objetivo de la práctica 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, 12.7mm). 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.  Materiales utilizados Además del equipo mencionado en la prueba Porter, también se utiliza:    

Sobrepesos. Micrómetro. Equipo de penetración Equipo VERSA-TERSER



Consideraciones teóricas

Esta prueba se efectúa a los suelos que se utilizan en la construcción de terracerías y consiste en elaborar especímenes con diferentes procedimientos de compactación, a los cuales se les mide la resistencia que presentan a la penetración de un cilindro de acero, o bien, en medir dicha resistencia directamente en la capa de suelo que se desea estudiar; la carga requerida para efectuar una penetración, de dos punto cincuenta y cuatro (2.54)mm, referida a una carga estándar de 1 360 kilogramos, se denomina (V.R.S.), Valor Relativo Soporte y se expresa en por ciento. Esta es la característica de resistencia que se utiliza principalmente para el diseño de espesores de pavimentos. Existen diferentes procedimientos de prueba según las condiciones del suelo, en cuanto al procedimiento de compactación o acomodo de sus partículas y la humedad a que se necesita conocer su valor relativo soporte. 

Desarrollo de la práctica

8. Se saca el molde con la muestra compactada y saturada del tanque de saturación, se le retiran los sobrepesos y el papel filtro para luego dejar escurrir el molde con la muestra durante 15 minutos. 9. Una vez transcurrido dicho tiempo, se retira a extensión del molde, se le colocan nuevamente los sobrepesos y se lleva a la máquina de penetración.

10. Se comienza a penetrar la muestra con una velocidad constante (1.20mm/min. Para la maquina se debe poner a un valor de 82) de tal manera que al primer minuto se llegue a la profundidad de 1.27mm., al segundo min a 2.54 mm. en el minuto tres a 3.81 mm. en el cuarto min, a 5.08 mm. en el seis a 7.62, a el ocho a 10.16 mm, y la última penetración de 12.7mm. en el minuto diez. Para cada una de las profundidades referidas se tomará una lectura de carga y con los valores de penetración (ubicada en el eje de las abscisas(x) de la gráfica) contra carga que ubicaremos en el eje de las ordenadas(y), de ahí se obtendrá la curva de calidad del material. 11. La prueba emplea unas curvas tipo que son las ideales para cada suelo, si nuestra grafica presenta una forma semejante a las curvas representativas el V. R. S. del material se obtiene empleando la siguiente expresión:

(1360 es la resistencia de una caliza triturada de buena calidad y es constante si se trabaja en kilogramos) 12. Si la gráfica que obtengamos de nuestro suelo, no presenta una forma semejante a las curvas tipo esta se deberá corregir para encontrar su V. R. S. corregido de la siguiente manera. 13. Si la gráfica inicia con la concavidad hacia abajo y después toma la forma de las curvas tipo se hace lo siguiente, se traza una tangente en la parte más recta de la curva, hasta cortar el eje de las abscisas. En este sitio ubicaremos ahora el inicio o valor cero de las penetraciones y desplazamos en forma equidistante las penetraciones de 1.27 y 2.54 mm. de esta ultima llevamos una línea vertical hasta cortar la curva obtenida , donde intercecta trazamos una recta paralela a el eje de las abscisas hasta llegar a el eje de las ordenadas de donde obtendremos la carga corregida a la penetración de 2.54 mm. 14. Este será el dato que se emplea para obtener el V. R. S. corregido del material empleando la siguiente expresión. 15. Se decidirá el uso de este material en base a las Normas:

16. N-CMT-1-02/03 , N-CMT-4-01/02 , N-CMT-4-02-001/04 y N-CMT-4-02002/04



Resultados

Mm

KN

Kg

1.27

0.206

21.01

1.501

0.225

22.94

4.03

0.39

39.77

5.07

6.5

662.82

7.62

27.8

2834.81

10.16

41.1

4191.03

12.7

51.174

5218.29



Conclusión.

Existen diversos tipos de pruebas que nos ayudan a conocer el comportamiento del suelo en diferentes situaciones. En este caso se realizó la prueba de VRS (valor relativo de soporte). Esta prueba se utiliza para determinar las características de resistencia de un suelo que se utiliza principalmente para el diseño de espesores de pavimentos. Los resultados son importantes para que un proyecto de alguna carretera tenga una vida útil prolongada. Los materiales de pavimentos necesitan tener una gran resistencia al corte para evitar las posibles fallas. Esta prueba nos ayudó a conocer dicha resistencia en nuestra muestra de suelo siendo sometida a una carga constantemente aplicada.



Bibliografía.

Manual de Pavimentos. ESIA Zacatenco http://www.construaprende.com/docs/lab/333-practica-porter