Fundamentos de ingeniería geotécnica / Braja M. Das.

CONTENIDO
1 INGENIERIA GEOTECNICA: DESDE EL PRINCIPIO 1
1.1 Introducción 1
1.2 La ingeniería geotécnica antes del siglo XVIII 1
1.3 Periodo Preclásico de la mecánica de suelos (1700-1776) 5
1.4 Mecánica de suelos Clásica-Fase I (1776-1856) 5
1.5 Mecánica de suelos Clásica-Fase II (1856-1910) 6
1.6 Mecánica de suelos moderna (1910-1927) 7
1.7 La ingeniería geotécnica después de 1927 7
1.8 Fin de una era 12
2 ORIGEN DE LOS DEPOSITOS DEL SUELO, TAMAÑO DE GRANO Y FORMA 16
2.1 Introducción 16
2.2 Ciclo de las rocas y origen del suelo 16
2.3 Depósitos de suelo en general 22
2.4 Suelos residuales 22
2.5 Depósitos transportados por gravedad 23
2.6 Depósitos aluviales 23
2.7 Depósitos lacustres 25
2.8 Depósitos glaciares 25
2.9 Depósitos de suelo eólicos 26
2.10 Suelo orgánico 27
2.11 Tamaño de partícula de suelo 28
2.12 Minerales de arcilla 29
2.13 Gravedad específica (Ge) 33
2.14 Análisis mecánico de suelo 33
2.15 Tamaño efectivo, coeficiente de uniformidad y coeficiente de gradación 40
2.16 Forma de la partícula 45
3 RELACIONES PESO-VOLUMEN Y PLASTICIDAD 49
3.1 Introducción 49
3.2 Relaciones peso-volumen 49
3.3 Relaciones entre peso unitario, relación de vacíos, contenido de humedad y gravedad específica 52
3.4 Relaciones entre peso unitario, porosidad y contenido de humedad 55
3.5 Densidad relativa 62
3.6 Consistencia del suelo 64
3.7 Actividad 71
3.8 Indice de liquidez 73
3.9 Carta de plasticidad 73
4 CLASIFICACION DE SUELOS 78
4.1 Introducción 78
4.2 Sistema de clasificación AASHTO 78
4.3 Sistema unificado de clasificación de suelo 82
5 COMPACTACION DE SUELOS 91
5.1 Introducción 91
5.2 Principios generales de compactación 91
5.3 Prueba Proctor estándar 92
5.4 Factores que afectan la compactación 96
5.5 Prueba Proctor modificada 98
5.6 Relaciones empíricas 102
5.7 Compactación en campo 105
5.8 Especificaciones para la compactación en campo 107
5.9 Determinación del peso unitario de campo después de la compactación 108
5.10 Efecto de la compactación en las propiedades cohesivas del suelo 111
6 CONDUCTIVIDAD HIDRAULICA 117
6.1 Introducción 117
6.2 Ecuación de Bernoulli 117
6.3 Ley de Darcy 120
6.4 Conductividad hidráulica 121
6.5 Determinación de la conductividad hidráulica en laboratorio 123
6.6 Relaciones empíricas para la conductividad hidráulica 128
6.7 Conductividad hidráulica equivalente en suelos estratificados 133
6.8 Pruebas de permeabilidad en campo por bombeo de pozos 135
7 FILTRACION 142
7.1 Introducción 142
7.2 Ecuación de continuidad de Laplace 142
7.3 Redes de flujo 144
7.4 Cálculo de la filtración a partir de una red de flujo 146
7.5 Redes de flujo en un suelo anisotrópico 150
8 ESFUERZOS EN UNA MASA DE SUELO 155
8.1 Introducción 155
Concepto de esfuerzo efectivo 155
8.2 Esfuerzos en suelos saturados sin filtración 155
8.3 Esfuerzos en suelos saturados con filtración 159
8.4 Fuerza de filtración 164
8.5 Oscilaciones en suelos debidas al flujo en torno a pilotes 166
Aumento vertical del esfuerzo debido a distintos tipos de carga 168
8.6 Esfuerzo causado por una carga puntual 168
8.7 Esfuerzo vertical causado por una carga lineal 170
8.8 Esfuerzo vertical bajo un área circular uniformemente cargada 171
8.9 Esfuerzo vertical causado por un área rectangular cargada 173
9 CONSOLIDACION 183
9.1 Introducción 183
9.2 Principios de consolidación 183
9.3 Prueba de consolidación de laboratorio unidimensional 187
9.4 Indice de vacíos-puntos de presión 189
9.5 Arcillas normalmente consolidadas y sobreconsolidadas 191
9.6 Efecto de las perturbaciones en la relación índice de vacíos-presión 193
9.7 Cálculo de asentamiento a partir de una consolidación primaria en una dimensión 194
9.8 Indice de compresión (Cc) e índice de abultamiento (Cs) 196
9.9 Asentamiento a partir de la consolidación secundaria 201
9.10 Tasa de consolidación 204
9.11 Coeficiente de consolidación 209
9.12 Cálculo de la consolidación primaria de un asentamiento bajo una cimentación 215
9.13 Modificación Skempton-Bjerrum para asentamientos de consolidación 218
10 RESISTENCIA CORTANTE DEL SUELO 228
10.1 Introducción 228
10.2 Criterio de falla de Mohr-Coulomb 228
10.3 Inclinación del plano de falla causado por cortante 231
Determinación en laboratorio de los parámetros de resistencia cortante 232
10.4 Prueba de corte directo 233
10.5 Prueba triaxial de corte 239
10.6 Prueba consolidada-drenada 241
10.7 Prueba consolidada-no drenada 249
10.8 Prueba no consolidada-no drenada 254
10.9 Prueba de compresión no confinada en arcilla saturada 256
10.10 Sensitividad y tixotropía de las arcillas 259
10.11 Anisotropía en el esfuerzo cortante no drenado 260
11 MEJORAMIENTO DEL SUELO 266
11.1 Introducción 266
Estabilización química 267
11.2 Estabilización con cal 267
11.3 Estabilización con cemento 269
11.4 Estabilización con ceniza volante 270
Estabilización mecánica 270
11.5 Vibroflotación 270
11.6 Compactación dinámica 274
11.7 Blasting 274
11.8 Pre-compresión 274
11.9 Drenes de arena 279
12 EXPLORACION DEL SUBSUELO 287
12.1 Introducción 287
12.2 Programa de exploración del subsuelo 288
12.3 Perforaciones exploratorias en campo 290
12.4 Procedimientos para muestrear el suelo 293
12.5 Muestreo con tubo muestreador de media caña 293
12.6 Muestreo con tubo de pared delgada 299
12.7 Observación de los niveles de agua 300
12.8 Prueba de corte con veleta 300
12.9 Prueba de penetración de cono 306
12.10 Prueba del presurímetro (PMT) 312
12.11 Prueba del dilatómetro 314
12.12 Extracción de núcleos de roca 316
12.13 Preparación de los registros de perforación 318
12.14 Exploración geofísica 318
12.15 Informe de la exploración del suelo 326
13 ESTABILIDAD DE TALUDES 334
13.1 Introducción 334
13.2 Factor de seguridad 335
13.3 Estabilidad de taludes infinitos 336
13.4 Taludes finitos 340
13.5 Análisis de un talud finito con una superficie cilíndrica de falla general 344
13.6 Procedimiento de masa del análisis de estabilidad (superficie circular de falla cilíndrica) 345
13.7 Método de las dovelas o rebanadas 362
13.8 Método de dovelas simplificado de Bishop 365
13.9 Análisis de taludes simples con filtración estacionaria 369
13.10 Procedimiento de masa de estabilidad de taludes arcillosos con fuerzas sísmicas 373
14 PRESION LATERAL DE TIERRA 379
14.1 Introducción 379
14.2 Presión de tierra en reposo 379
14.3 Teoría de Rankine de las presiones activa y pasiva de la tierra 383
14.4 Diagramas para la distribución de la presión lateral de tierra en función de los muros de contención 390
14.5 Presión activa Rankine con relleno granular inclinado 403
14.6 Teoría de Coulomb de la presión de tierra sobre muros de contención con fricción 405
14.7 Presión pasiva suponiendo una superficie curva de falla en suelos 412
15 MUROS DE CONTENCION Y CORTES APUNTALADOS 418
15.1 Introducción 418
Muros de contención 418
15.2 Muros de contención en general 418
15.3 Dosificación de los muros de contención 420
15.4 Aplicación de las teorías de presión lateral de tierra al diseño 421
15.5 Comprobación de vuelco 423
15.6 Comprobación de deslizamiento a lo largo de la base 426
15.7 Comprobación de la falla de capacidad de carga 428
Muros de contención de tierra mecánicamente estabilizados 436
15.8 Tierra mecánicamente estabilizada 436
15.9 Consideraciones generales de diseño 437
15.10 Muros de contención reforzados con varilla 437
15.11 Procedimiento de diseño paso a paso utilizando tiras metálicas de refuerzo 440
15.12 Muros de contención con refuerzo geotextil 445
15.13 Muros de contención reforzados con geomalla 451
Cortes apuntalados 455
15.14 Cortes apuntalados en general 455
15.15 Presión lateral de tierra sobre cortes apuntalados 460
15.16 Parámetros del suelo para cortes en suelos estratificados 462
15.17 Diseño de varios componentes de un corte apuntalado 469
15.18 Levantamiento del fondo de un corte en arcilla 469
15.19 Flexibilidad lateral de los pilotes y asentamiento del terreno 471
16 CIMENTACIONES POCO PROFUNDAS: CAPACIDAD DE CARGA 478
16.1 Introducción 478
16.2 Capacidad última de carga de cimentaciones poco profundas: conceptos generales 479
16.3 Teoría de Terzaghi de la capacidad última de carga 481
16.4 Modificación de la ecuación de capacidad de carga de Terzaghi 482
16.5 Modificación de las ecuaciones de capacidad de carga para el nivel freático 486
16.6 El factor de seguridad 487
16.7 Cimentaciones cargadas excéntricamente 490
16.8 Método del factor de reducción de la excentricidad de carga sobre cimentaciones continuas en un suelo granular 493
16.9 Cimentaciones con excentricidad bidireccional 495
16.10 Losas de cimentación: tipos comunes 503
16.11 Capacidad de carga de una malla de cimentación 504
16.12 Cimentaciones compensadas 506
17 ASENTAMIENTO DE CIMENTACIONES POCO PROFUNDAS 512
17.1 Introducción 512
17.2 Asentamiento elástico de cimentaciones en suelo de arcilla saturada 512
17.3 Asentamiento elástico basado en la teoría de la elasticidad 515
17.4 Rango de parámetros de los materiales para el cálculo del asentamiento elástico 522
17.5 Asentamiento de suelo arenoso: uso del factor de influencia de la deformación unitaria 523
17.6 Carga admisible para zapatas continuas en arena considerando el asentamiento 528
17.7 Presión de carga admisible de una losa de cimentación en arena 529
18 PILOTES DE CIMENTACION 533
18.1 Introducción 533
18.2 Necesidad de los pilotes de cimentación 533
18.3 Tipos de pilotes y sus características estructurales 535
18.4 Estimación de la longitud de un pilote 542
18.5 Instalación de pilotes 544
18.6 Mecanismo de transferencia de carga 546
18.7 Ecuaciones para la estimación de la capacidad del pilote 547
18.8 Método de Meyerhof para el cálculo de q sub p 549
18.9 Resistencia a la fricción 551
18.10 Capacidad admisible del pilote 556
18.11 Capacidad de carga de la punta de un pilote apoyado sobre roca 557
18.12 Asentamiento elástico de pilotes 566
18.13 Pruebas de carga de pilote 569
18.14 Fórmulas para la colocación de pilotes 572
18.15 Fricción superficial negativa 576
18.16 Pilotes agrupados: eficiencia 578
18.17 Asentamiento elástico de un grupo de pilotes 582
18.18 Asentamiento de consolidación de un grupo de pilotes 583
19 POZOS PERFORADOS 592
19.1 Introducción 592
19.2 Tipos de pozos perforados 593
19.3 Procedimientos de construcción 593
19.4 Estimación de la capacidad de soporte de carga 596
19.5 Pozos perforados en arena: carga última neta 599
19.6 Pozos perforados en arcilla: carga última neta 603
19.7 Asentamiento de pozos perforados 607
19.8 Capacidad de soporte de carga basada en el asentamiento 607
Apéndice: Geosintéticos 619
Respuestas a problemas seleccionados 624
Indice 630