Mecánica de Suelos

Este texto, Mecánica de Suelos; escrito por Juárez Badillo, y Rico Rodríguez, en este primer tomo que es: Fundamentos de la Mecánica de Suelos.

«La Mecánica de Suelos, es la aplicación de las leyes de la Mecánica y la Hidráulica a los problemas de ingeniería que tratan con sedimentos y otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas, producidas por la desintegración mecánica o descomposición química de las rocas, independientemente de que tengan o no contenido de materia orgánica.» – Terzaghi.

Suelo

El suelo, es un agregado de partículas orgánicas e inorgánicas, sujetas a una organización definida y propiedades que varían «vectorialmente». En la dirección vertical generalmente sus propiedades cambian mucho mas rápidamente que en la horizontal. El suelo tiene perfil, y este es un hecho del que se hace abundante aplicación.

Este término «suelo»; del que se hacen uso en diferentes ramas de la ciencia y varia de acuerdo a sus intereses; por ejemplo, para el Agrónomo, suelo hace referencia a la parte superficial de la corteza terrestre capaz de sustentar vida vegetal; mientras que para el Geólogo hace referencia a todo el material intemperizado. 

Mecánica de Suelos – Fundamentos de la Mecánica de Suelos

El libro, Mecánica de Suelos; esta distribuido en 14 capítulos ampliamente desarrollados. los cuales permiten entender, desde el origen del suelo, hasta la determinación de sus propiedades.

Contenido

Capítulo I: Suelos. Origen y formación. Minerales constitutivos.

1.1. Constitución interna del globo terrestre.

1.2. Suelo.

1.3. Agentes generadores de suelos.

1.4. Suelos residuales y transportados.

1.5. Minerales constitutivos de los suelos gruesos.

1.6. Minerales constitutivos de las arcillas.

Capítulo II: Físico-Química de las arcillas.

2.1. Generalidades.

2.2. Intercambio catiónico.

2.3. Identificación de minerales de arcilla.

2.4. Relaciones entre las fases sólidas y líquida en una arcilla.

Capítulo III: Relaciones volumétricas y gravimétricas en los suelos.

3.1. Fases del suelo. Símbolos y definiciones.

3.2. Relaciones de peso y volúmenes.

3.3. Relaciones fundamentales.

3.4. Correlación entre la relación de vacíos y la porosidad. 

3.5. Fórmulas mas útiles referentes a suelos saturados.

3.6. Fórmulas mas útiles referentes a suelos parcialmente saturados.

3.7. Peso específico seco y saturado.

3.8. Suelos sumergidos.

Capítulo IV: Características y estructuración de las partículas minerales.

4.1. Forma.

4.2. Peso específico relativo.

4.3. Estructuración de los suelos.

4.4. Prueba para la determinación del peso específico relativo de las partículas minerales constituyentes de un suelo.

4.5. Propiedades tixotrópicas de las arcillas.

4.6. Problemas ilustrativos.

Capítulo V: Granulometría en suelos.

5.1. Introducción.

5.2. Sistemas de clasificación de suelos basados en criterios de granulometría.

5.3. Representación de la distribución granulométrica.

5.4. Teoría de la prueba del hidrómetro.

5.5. Procedimiento de prueba para un análisis por medio de un hidrómetro.

5.6. Procedimiento de prueba para un análisis mecánico combinado.

5.7. Problemas ilustrados.

Capítulo VI: Plasticidad

6.1. Generalidades.

6.2. Estados de consistencia. Límites de plasticidad.

6.3. Determinación actual del límite líquido.

6.4. Determinación actual del límite plástico.

6.5. Consideraciones sobre los límites de plasticidad. Índice de tenacidad. 

6.6. Sección de muestras para la determinación de los límites de plasticidad.

6.7. Determinación del límite de contracción.

Anexos:

• • Método de prueba para la determinación de los límites de plasticidad.
  • Problemas ilustrativos.

Capítulo VII: Clasificación e identificación de suelos.

7.1. Generalidades.

7.2. Fundamentos del sistema de clasificación de aeropuertos.

7.3. Sistema unificado de clasificación de suelos.

7.4. Identificación de suelos.

7.5. La carta de plasticidad y las propiedades físicas del suelo.

Anexos:

• • Sistema SUCS
  • Identificación de suelos en campo.
  • Ejercicios de clasificación.

Capítulo VIII: Fenómeno capilar y proceso de contracción.

8.1. Tensión superficial. Generalidades.

8.2. Ángulo de contacto.

8.3. Ascensión capilar.

8.4. Efectos capilares.

8.5. Proceso de contracción en suelos finos.

Anexos:

• • Fórmula de Laplace.
  • Presión de gases en burbujas y vacíos.
  • Problemas resueltos.

Capítulo IX: Propiedades hidráulicas del suelo.

9.1. Flujos laminar y turbulento.

9.2. Ley de Darcy y coeficiente de permeabilidad.

9.3. Velocidad de descarga, velocidad de filtración y velocidad real.

9.4. Métodos para medir el coeficiente de permeabilidad del suelo.

9.5. Factores que influyen en la permeabilidad de los suelos.

9.6. Prueba horizontal de capilaridad.

Anexos:

• • El régimen de Poiseuille.
  • Coeficiente de Permeabilidad.
  • Pruebas de permeabilidad.
  • Variación de la permeabilidad en los suelos con la relación de vacíos.
  • Teoría de la prueba horizontal de capilaridad.
  • Problemas resueltos.

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Capítulo X: El fenómeno de la consolidación unidimensional de los suelos.

10.1. Observaciones generales.

10.2. Consolidación de suelos.

10.3. Características de consolidación de suelos relativamente gruesos.

10.4. Analogía mecánica de Terzaghi.

10.5. Estudios de las presiones en suelos.

10.6. Ecuación diferencial de la consolidación unidimensional.

10.7. Solución de la ecuación de la consolidación unidimensional.

10.8. Factores que influyen en el tiempo de consolidación.

10.9. Comparación entre la curva de consolidación teórica y las reales obtenidas en el laboratorio.

10.10. Determinación del coeficiente de permeabilidad a partir de los datos de una prueba de consolidación.

10.11. Asentamiento total primario de un estrato arcilloso sujeto a consolidaciones y evolución del mismo.

10.12. Consolidación secundaria.

10.13. Carga de preconsolidación.

10.14. Consolidación de estratos de arcilla con diversas condiciones iniciales.

10.15. Consolidación de estratos de arcilla con diversas condiciones iniciales.

Anexos:

• • Prueba de consolidación unidimensional con flujo vertical.
  • Solución de la ecuación diferencial de la consolidación unidimensional.
  • Analogía termodinámica de los procesos de consolidación.
  • Relaciones aproximadas para representar el proceso de consolidación.
  • Discusión del efecto secundario.
  • Otros casos importantes de consolidación de estratos horizontales de arcillas.
  • Consolidación de arcillas sujetas a flujo bi y tridimensional.
  • Problemas resueltos.

Capítulo XI: Introducción al problema de la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos.

11.1. Introducción a los estados de esfuerzos y deformaciones planos.

11.2. Solución gráfica de Mohr.

11.3. Discusión sobre el signo de los esfuerzos y teoría del polo.

11.4. Relaciones de esfuerzos principales.

11.5. Esfuerzos conjugados.

11.6. Teoría de falla.

11.7. Breve exposición de algunas teorías simples de falla.

Capítulo XII: Resistencia al esfuerzo cortante de los suelos.

12.1. Introducción.

12.2. Reseña histórica.

12.3. Prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante.

12.4. Prueba «in situ» por medio de la veleta.

12.5. P. de comprensión triaxial de resistencia al esfuerzo cortante.

12.6. Prueba de compresión triaxial en suelos «friccionantes».

12.7. Factores que influyen en la resistencia al esfuerzo cortante de los suelos «cohesivos».

12.8. Resistencia al esfuerzo cortante de los suelos «friccionantes».

12.9. Relación de vacíos crítica y licuación de arenas.

12.10. Consideraciones sobre los resultados de pruebas triaxiales en suelos «cohesivos» saturados, normalmente consolidados.

12.11. Consideración sobre las lineas de falla.

12.12. Consideraciones sobre los resultados de pruebas triaxiales en suelos «cohesivos» saturados, preconsolidados.

12.13. Pruebe de compresión simple.

12.14. Consideraciones sobre los resultados de las pruebas triaxiales en suelos «cohesivos» no saturados.

12.15. Aplicación de los resultados de las pruebas de compresión triaxial a los problemas prácticos. 

12.16. Algunos factores que modifican las características de compresibilidad y resistencia de algunas arcillas.

12.17. Representación de las pruebas triaxiales en el espacio tridimensional de los esfuerzos principales.

12.18. Resistencia máxima y residual de las arcillas.

Anexos:

• • Prueba directa de resistencia al esfuerzo cortante.
  • Algunas consideraciones adicionales sobre la resistencia al esfuerzo cortante en suelos «friccionantes».
  • Pruebas de comprensión triaxial.
  • Preconsolidación inducida en pruebas de compresión triaxial rápidas-consolidadas.
  • Nociones sobre las características de esfuerzo-deformación y resistencia de las arcillas compactadas.
  • Procedimientos teóricos para estimar la presión neutral desarrollada por un cambio rápido de los esfuerzos totales.
  • Efecto de lavado en la compresibilidad y resistencia de arcillas marinas normalmente consolidadas.
  • Efectos de la consolidación secundaria en la compresibilidad y resistencia de las arcillas.
  • Efecto del intercambio de cationes y de agentes cementantes en la compresibilidad y resistencia de las arcillas.
  • Representación gráfica de los resultados de las pruebas triaxiales en el espacio tridimensional de esfuerzos principales.
  • Problemas resueltos.

Capítulo XIII: Comportamiento mecánico de los suelos en la prueba triaxial. 

13.1. Introducción.

13.2. Comportamiento de las arcillas bajo un estado de compresión isotrópica.

13.3. Pruebas no drenadas en arcillas normalmente consolidadas. Presiones de poro y resistencia.

13.4. P. no drenadas en arcillas preconsolidadas. Presiones de poro y resistencia.

13.5. Pruebas drenadas en arcillas normalmente consolidadas. Cambios volumétricos y resistencias.

13.6. Pruebas drenadas en arcillas preconsolidadas. Cambios volumétricos y resistencias.

13.7. Gráficas esfuerzo-deformación en arcillas.

13.8. Compresibilidad de arenas.

13.9. Relaciones esfuerzo-deformación en arenas.

13.10. Resistencia de las arenas.

Capítulo XIV: Compactación de los suelos

14.1. Introducción.

14.2. Pruebas de compactación.

14.3. Otros factores que influyen en la compactación de los suelos.

14.4. Comentarios adicionales sobre la compactación de los suelos friccionantes y cohesivos.

Anexos:

• • Pruebas de compactación.
  • Consideraciones sobre el significado de los términos «humedad óptima» y «peso específico seco máximo».
  • Problemas relativos al control de compactación de campo por medio de peso específico seco.
  • Un método rápido para control de la compactación de campo en terraplenes de suelo cohesivo.

Tomo 1: Fundamentos de la Mecánica de Suelos.