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UNIVERSIDAD DE HUANUCO FACULTAD DE INGENIERIA P.A.P. DE INGENIERIA CIVIL

COMPRESIBILIDAD DOCENTE

: Ing. Erika S. García Echevarría

CURSO

: Mecánica de Suelos II

GRUPO

: “C”

ALUMNOS

: INTEGRANTES  Aguirre Evaristo, Pedro Brayham  Baldeón Anaya, Kevin Emerson  Condezo Sánchez, Anthony Steeven  Cornejo Espinoza, Glennia  Gonzales Bello, Lincye  Inocente Coz, Anthony  Inocente Trinidad, Miqueas  Mendoza Poma, Yeshua  Fernández Arévalo, Homero  Ramírez Gómez, Cristhian  Salazar Gabriel, Brandon  Tacuchi Ureta, Danitza  Yabar Goñe, Yadira Estefani

CICLO

: VI HUANUCO – 2019

INDICE I.

INTRODUCCION .............................................................................................. 2

II. OBJETIVOS ..................................................................................................... 3 1. OBJETIVO GENERAL ..................................................................................... 3 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................ 3 III. MARCO TEORICO: COMPRESIBILIDAD ....................................................... 4 1. CONCEPTO...................................................................................................... 4 2. CLASES DE COMPRESIBILIDAD ................................................................... 4 3. LIMITE LIQUIDO .............................................................................................. 5 4. PRINCIPALES CAUSAS .................................................................................. 7 5. DAÑOS CAUSADOS A LAS ESTRUCTURAS ................................................ 7 6. COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD ......................................................... 8 7. INDICE DE RIGIDEZ ........................................................................................ 9 8. CURVA DE COMPRESIBILIDAD ..................................................................... 9 a. COMPRESIBILIDAD DE ARCILLAS ............................................................... 9 b. INDICE DE COMPRESIBILIDAD (Cc) ........................................................... 10 c. TIPOS DE CURVAS ENDOMETRICAS ......................................................... 14 9. EJERCICIOS .................................................................................................. 15 IV. CONCLUSIONES ..................................................Error! Bookmark not defined. V. RECOMENDACIONES ................................................................................. 197 VI. BIBLIOGRAFIA ............................................................................................ 208

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I. INTRODUCCION Hoy en día la mecánica de suelos es pieza fundamental y esencial para todo tipo de construcción, así mismo porque estas se encuentran apoyadas en el suelo; de esta manera la importancia de sus características y fenómenos que suceden cuando se aplica una carga hacia el suelo hacen que su estudio sea necesario.

Tal es el caso que en el presente trabajo se hablara respecto a uno de estos fenómenos como lo es la Comprensibilidad en los distintos tipos de suelos, ya que como se podrá observar esta es una causa importante a tener en cuenta y así evitar el asentamiento.

Si bien son sorprendentes las obras maestras y mega obras que se pueden construir, siempre es de importancia saber las características del suelo a trabajar, por ende en nuestro tema de Comprensibilidad veremos primeramente su definición, clases de comprensibilidad, principales causas y daños que ocasionan a las estructuras, como también los índices y coeficientes para medir la comprensibilidad de los suelos y finalmente un par de ejercicios aplicados a nuestro tema.

Finalmente el presente trabajo consistió en hacer un hincapié a la importancia que tiene el estudiar la comprensibilidad en los suelos ya que es un factor muy importante al momento de diseñar los cálculos y propuestas técnicas para toda obra.

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II. OBJETIVOS 1. OBJETIVO GENERAL  Identificar y entender la comprensibilidad en los suelos y su implicancia en toda obra.

2. OBJETIVOS ESPECIFICOS  Conocer las causas y efectos de llevar una inadecuada identificación de la comprensibilidad en los suelos a trabajar.  Conocer

los

procedimientos

de

como

calcular

los

niveles

de

comprensibilidad en los suelos.  Identificar los distintos métodos del cálculo de comprensibilidad en los suelos.

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III. MARCO TEORICO: COMPRESIBILIDAD

1. CONCEPTO La compresibilidad se basa en el estudio de las variaciones de dimensión del suelo (generalmente de altura) en función de las cargas o esfuerzos aplicados en el suelo. Este estudio se realiza principalmente para arcillas o suelos arcillosos, y en un estado de saturación. Cuando el incremento de carga es asumido por el conjunto agua-suelo, la presión intersticial varía obligando al agua a moverse a través del suelo hasta disipar esta presión intersticial, por lo que se producen variaciones dependiendo del tiempo. La expulsión del agua de los poros, que permite el reajuste de las partículas sólidas en los huecos que han quedado vacíos, es la base del fenómeno de la consolidación. Si estas sobrepresiones intersticiales son positivas, y en consecuencia el suelo disminuye de volumen, el proceso se denomina consolidación. Si las sobrepresiones intersticiales son negativas, el suelo aumenta de volumen, el proceso se llama expansión. El estudio de la consolidación es similar al de la compresibilidad, pero con una variable adicional en su estudio, el tiempo.

2. CLASES DE COMPRESIBILIDAD La compresibilidad es el grado en que una masa de suelo disminuye su volumen bajo el efecto de una carga. Es mínima en los suelos de textura gruesa, que tienen las partículas en contacto. Aumenta a medida que crece la proporción de partículas pequeñas y llega al máximo en los suelos de grano fino que contienen materia orgánica. A continuación, se dan algunos ejemplos de compresibilidad para diversos suelos: • Las gravas y las arenas son prácticamente incompresibles. Si se comprime una masa húmeda de estos materiales no se produce ningún cambio significativo en su volumen; • Las arcillas son compresibles. Si se comprime una masa húmeda de arcilla, la humedad y el aire pueden ser expelidos, lo que trae como resultado una 4

reducción de volumen que no se recupera inmediatamente cuando se elimina la carga.

Los suelos de grano fino que contienen por lo menos 50% de limo + arcilla, pueden clasificarse con arreglo a tres clases de compresibilidad sobre la base de su límite líquido. Estas clases son las siguientes: • Compresibilidad baja: LL inferior a 30; • Compresibilidad media: LL de 30 a 50; • Compresibilidad alta: LL superior a 50.

En general, la compresibilidad es aproximadamente proporcional al índice de plasticidad. Mientras mayor es el IP, mayor es la compresibilidad del suelo.

3. LIMITE LIQUIDO El límite líquido es el contenido de agua, expresado en porcentaje respecto al peso del suelo seco, que delimita la transición entre el estado líquido y plástico de un suelo remoldeado o amasado.

Materiales para realizar el ensayo de Límite Líquido: •

Copa Casagrande de 200 gr

•

Balanza de precisión de 0,01 gr

•

Horno de secado

•

Fuentes metálicas

•

Plato de mezcla

•

Tamiz

•

Tara

•

Placa de vidrio para el Limite Plástico

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Procedimiento para la realización del ensayo del Límite Líquido: Se deposita en la Cuchara de Casagrande, y se golpea consecutivamente contra la base de la máquina, haciendo girar la manivela, hasta que la zanja que previamente se ha recortado, se cierra en una longitud de 12 mm (1/2"). Si el número de golpes para que se cierre la zanja es 25, la humedad del suelo (razón peso de agua/peso de suelo seco) corresponde al límite líquido.

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4. PRINCIPALES CAUSAS El asentamiento de la compresibilidad siempre es causado por algún tipo de desplazamiento del suelo debajo de la base, pero este cambio puede tener lugar por varios motivos. Las principales causas son las siguientes: 

Suelos con poca capacidad portante



Suelo mal compactado



Cambios en la humedad del terreno



Árboles y vegetación



Vibración.

5. DAÑOS CAUSADOS A LAS ESTRUCTURAS  El Asentamiento Ya conocidas los tipos de fallas, el tipo de falla dependerá de la compresibilidad en cuanto a las condiciones geométricas y cargas existentes. 

Para un suelo incompresible el tipo de falla será por corte general. 7



Para un suelo muy compresible en relación con su resistencia el corte de tipo de falla será punzonamiento

 El Agrietamiento En construcción las edificaciones sobre suelos compresibles conducen generalmente a asientos diferenciales en las cimentaciones. En diferentes estudios se ha podido determinar que al adoptar una cimentación influye de manera relevante su comportamiento y futuros daños a elementos estructurales, por ejemplo: 

Fisuras en techos



Fisuras horizontales, grietas inclinadas y verticales en muros



Recubrimientos levantados y deteriorados



Agrietamiento de trabes



Desprendimiento total de las trabes

6. COEFICIENTE DE COMPRESIBILIDAD Relaciona entre la disminución de índice de huecos y el incremento de la presión que lo ha propiciado.

•El coeficiente mide la razón de variación de la relación de vacíos con la presión.

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•Para arcillas NC disminuye al aumentar la presión de consolidación En mismos rangos de presión de consolidación tiene un valor menor en arcillas PC que en NC

7. INDICE DE RIGIDEZ En ingeniería, la rigidez es una medida cualitativa de la resistencia a las deformaciones elásticas producidas por un material, que contempla la capacidad de un elemento estructural para soportar esfuerzos sin adquirir grandes deformaciones. FÓRMULA DEL INDICE DE RIGIDEZ

8. CURVA DE COMPRESIBILIDAD a. COMPRESIBILIDAD DE ARCILLAS Características de la arcilla ¿Qué pasa? Tiene baja permeabilidad con un asentamiento lento donde la estructura sigue asentándose durante años después de la finalización de la construcción.

Velocidad de asentamiento 9

Arcilla Seca Asentamiento instantáneo.

Arcilla No Saturado y Saturado Tiene un asentamiento diferido respecto al tiempo y ese procedimiento se llama consolidación.

Comprensibilidad respecto a la arcilla. Las arcillas son compresibles si se comprime una masa húmeda de arcilla, la humedad y el aire pueden ser expelidos, lo que trae como resultado una reducción de volumen que no se recupera inmediatamente cuando se elimina la carga.

b. INDICE DE COMPRESIBILIDAD (Cc) El índice de compresión representa la pendiente de la curva relación de vacíos e-logaritmo de esfuerzo efectivo “p”. Algunas ecuaciones empíricas permiten dar un valor aproximado del índice de compresión en términos del límite líquido, contenido natural de agua o la relación de vacíos y constantes derivadas de datos experimentales.

Ecuación del Índice de Compresibilidad (Curva)

Donde e1 y e2 son las relaciones de vacíos al final de la consolidación bajo los esfuerzos P1 y P2, respectivamente. El índice de compresibilidad, determinado con la curva e-log P en el laboratorio, será algo diferente de la encontrada en campo.

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La razón principal es que el suelo se remoldea en alguna medida durante la exploración de campo. La naturaleza de la variación de la curva e-log p en el campo para arcilla normalmente consolidada se muestra en la figura siguiente.

A ésta se le conoce generalmente como curva virgen de compresibilidad. Esta cruza aproximadamente la curva de laboratorio en una relación de vacíos de 0,42 e0 (Terzaghi y Peck, 1967). Note que e0 es la relación de huecos de la arcilla en el campo.

Conocidos los valores de e0 y P puede construirse fácilmente la curva virgen y calcular el índice de compresibilidad de la curva usando la ecuación anterior.

Construcción de una curva virgen de compresibilidad para arcilla normalmente consolidada.

Skempton realizó pruebas de consolidación en muestras de suelo remoldeadas para diferentes tipos de arcillas con un contenido de agua inicial

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cercano al límite líquido. La relación resultante entre el índice de compresión y el límite líquido fue la siguiente: C’c= 0.007 (LL-10) Para arcillas remoldeadas En la cual C’c corresponde a la pendiente de la curva virgen de compresibilidad del suelo remoldeado. Cc = 0.75 (eo – 0.5) Suelos de baja plasticidad

Donde eo = relación de vacíos.

Posteriormente Terzaghi y Peck sugirieron, basados en trabajos de Skempton y otros, que la ecuación anterior fuera modificada para usarse con arcillas normalmente consolidadas de media o baja sensibilidad. Ellos encontraron que Cc para arcillas normalmente consolidadas es aproximadamente 1.3 veces el valor del C’c remoldeado. La relación resultante fue la siguiente:

Cc= 0.009 (LL– 10)

Basado en consideraciones de esfuerzo-deformación y en la pendiente de las curvas de compresibilidad, Nishida desarrollo la siguiente ecuación: Cc= 1.15 (er – eo)

Nishida definió eo como la relación de vacíos antes de aplicar presión y er como la relación de vacíos donde se mide el índice de compresión en la porción virgen de la curva de compresibilidad. Asumiendo que eo = 0.35 (relación de vacíos para partículas esféricas rígidas uniformes en su empaque

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más cerrado) y sustituyendo este valor en la ecuación, Nishida obtiene la siguiente expresión:

Cc= 1.15 (er -0.35)

Nishida se refiere a la ecuación anterior como la relación fundamental del índice de compresibilidad y la relación de vacíos, y establece que puede ser usada para cualquier tipo de suelo, expresando la ecuación en términos de la relación de vacíos natural (en) como sigue:

Cc= 0.54 (en -0.35)

Ecuaciones para la predicción del índice de compresibilidad Cc

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c. TIPOS DE CURVAS ENDOMETRICAS Índice de compresión de arcillas amasadas C’c Tangente del ángulo de inclinación de la recta Kr

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Los diferentes suelos pueden tener las siguientes curvas edométricas características:

Valores típicos del índice de compresión:

9. EJERCICIOS Ejemplo N° 1 Determinar el coeficiente de compresión (Cc) del muestra de suelo, usando la fórmula propuesta por PARK Y KOUMOTO; si el volumen de solidos de la muestra es Vs = 300 gr. y el volumen de vacíos es Vv = 50 gr. SOLUCION:

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Si

𝑛=

𝑉 = 𝑉𝑠 + 𝑉𝑣

𝑉𝑣 V

𝑛=

𝑉 = 300 + 50 = 350

50 350

= 0.143

Cc propuesto por Park y Koumoto (2004)

𝐶𝑐 =

n 371.747−4.275 n

𝐶𝑐 =

; n en porcentaje

14.3 371.747−4.275x14.3

= 0.046

De aquí se puede deducir que el suelo es poco compresible. Por lo cual es necesario hacer comprobación con los datos de límite líquido. El índice de compresibilidad, determinado con la curva e-log P en el laboratorio, será algo diferente de la encontrada en campo. La razón principal es que el suelo se remoldea en alguna medida durante la exploración de campo. Note que e0 es la relación de huecos de la arcilla en el campo. Conocidos los valores de e0 y P puede construirse fácilmente la curva virgen y calcular el índice de compresibilidad de la curva usando la ecuación anterior. EJEMPLO N° 2

Determinar el índice de compresion, cc con la curve 𝑒 − log 𝜎´ teniendo datos de una muestra realizada presiones e índice de vacío (e)

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𝜎´1 = 400

𝑘𝑛 𝑚2

𝑒1 = 0.712

𝜎´2 = 800

𝑘𝑛 𝑚2

𝑒2 = 0.627

Solución Recordamos la formula 𝐶𝐶 =

𝑒1 − 𝑒2 𝜎´ 𝑙𝑜𝑔 ( 2 ) 𝜎´1

Tenemos 𝐶𝐶 =

0.712 − 0.627 = 0.282 800 𝑙𝑜𝑔 ( 400)

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IV.

CONCLUSIONES

 El no saber identificar adecuadamente el nivel de comprensibilidad de nuestro suelo, conlleva a que con el tiempo se genere un asentamiento el cual perjudicaría la estructura.  Las clases de comprensibilidad que se pueden encontrar en un suelo pueden ser medidas a través del cálculo de sus límites líquidos esto a través de la Cuchara de Casagrande.  Los índices de comprensibilidad a través de los años se han ido mejorando, esto debido al tipo de suelo que se estudiaba, siendo el primer aporte en el año de 1951 para tipos de lodos y arcillas; y el último en el año 1994 para arcillas remoldeadas.

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V.

RECOMENDACIONES

 El análisis de comprensibilidad de los suelos al igual que el de consolidación son de suma importancia para evitar el proceso de asentamiento en una estructura, para así preservar por lo menos durante los años de vida útil proyectados.  Es necesario realizar un estudio de mecánica de suelos en un laboratorio para poder calcular los niveles de comprensibilidad del suelo en el cual se está proyectando la construcción de una obra.  El aporte de aquellos índices de comprensibilidad calculados en los últimos años apoyan bastante en la identificación de la capacidad portante de nuestro suelo, por lo que su uso sería aceptable para el diseño de una obra.

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VI.BIBLIOGRAFIA



FUNDAMENTOS DE INGENIERIA GEOTÉCNICA , Cuarta edición BRJA M. DAS



http://www.cartagena99.com/recursos/alumnos/apuntes/1.%20Tema%201%20Consolidacion.pdf



https://www.studocu.com/es/document/universidad-nacional-de-misiones/fundaciones/apuntes/claseconsolidacion-y-compresibilidad-de-suelos/3096705/view

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