Fundamentos de Ingeniería Geotecnica - Braja M. Das
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Fundamentos de ingeniería geotécnica
Cuarta edición
BRAJA M. DAS
Contenido
1 Ingeniería geotécnica: 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
Referencias 14
2 Origen de los depósitos 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
2.17 Resumen 46
Problemas 46
Referencias 48
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 Índice de liquidez 73
3.9 Carta de plasticidad 73
3.10 Resumen 74
Problemas 74
Referencias 76
4 Clasificación de suelos 78
4.1 Introducción 78
4.2 Sistema de clasificación AASHTO 78
4.3 Sistema unificado de clasificación de suelo 82
4.4 Resumen 89
Problemas 90
Referencias 90
5 Compactación 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 modifi cada 98
5.6 Relaciones empíricas 102
5.7 Compactación en campo 105
5.8 Especifi caciones 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
5.11 Resumen 113
Problemas 114
Referencias 116
6 Conductividad hidráulica 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 estratifi cados 133
6.8 Pruebas de permeabilidad en campo por bombeo de pozos 135
6.9 Resumen 138
Problemas 138
Referencias 141
7 Filtración 142
7.1 Introducción 142
7.2 Ecuación de continuidad de Laplace 142
7.3 Redes de fl ujo 144
7.4 Cálculo de la fi ltración a partir de una red de fl ujo 146
7.5 Redes de fl ujo en un suelo anisotrópico 150
7.6 Resumen 153
Problemas 153
8 Esfuerzos en una masa de suelo 155
8.1 Introducción 155
Concepto de esfuerzo efectivo 155
8.2 Esfuerzos en suelos saturados sin fi ltración 155
8.3 Esfuerzos en suelos saturados con fi ltración 159
8.4 Fuerza de fi ltración 164
8.5 Oscilaciones en suelos debidas al fl ujo 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
8.10 Resumen 178
Problemas 178
Referencias 182
9 Consolidación 183
9.1 Introducción 183
9.2 Principios de consolidación 183
9.3 Prueba de consolidación de laboratorio unidimensional 187
9.4 Índice 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 Índice 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 Coefi ciente de consolidación 209
9.12 Cálculo de la consolidación primaria de un asentamiento bajo una cimentación 215
9.13 Modifi cación Skempton-Bjerrum para asentamientos de consolidación 218
9.14 Resumen 222
Problemas 223
Referencias 226
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 confi nada en arcilla saturada 256
10.10 Sensitividad y tixotropía de las arcillas 259
10.11 Anisotropía en el esfuerzo cortante no drenado 260
10.12 Resumen 262
Problemas 262
Referencias 265
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 Vibrofl otación 270
11.6 Compactación dinámica 274
11.7 Blasting 274
11.8 Pre-compresión 274
11.9 Drenes de arena 279
11.10 Resumen 285
Problemas 285
Referencias 286
12 Exploración 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
12.16 Resumen 327
Problemas 328
Referencias 331
13 Estabilidad de taludes 334
13.1 Introducción 334
13.2 Factor de seguridad 335
13.3 Estabilidad de taludes infi nitos 336
13.4 Taludes fi nitos 340
13.5 Análisis de un talud fi nito con una superfi cie cilíndrica de falla general 344
13.6 Procedimiento de masa del análisis de estabilidad (superfi cie circular de
falla cilíndrica) 345
13.7 Método de las dovelas o rebanadas 362
13.8 Método de dovelas simplifi cado de Bishop 365
13.9 Análisis de taludes simples con fi ltración estacionaria 369
13.10 Procedimiento de masa de estabilidad de taludes arcillosos con fuerzas
sísmicas (suelo c¿-f¿) 373
13.11 Resumen 373
Problemas 375
Referencias 378
14 Presión 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
14.8 Resumen 414
Problemas 415
Referencias 417
15 Muros de contención 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 estratifi cados 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
15.20 Resumen 473
Problemas 473
Referencias 477
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 Modifi cación de la ecuación de capacidad de carga de Terzaghi 482
16.5 Modifi cación 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
16.13 Resumen 508
Problemas 509
Referencias 510
17 Asentamiento de cimentaciones poco profundas 512
17.1 Introducción 512
17.2 Asentamiento elástico de cimentaciones en suelo de arcilla saturada (ms 0.5) 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 infl uencia 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
17.8 Resumen 530
Problemas 530
Referencias 532
18 Pilotes de cimentación 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 qp 549
18.9 Resistencia a la fricción, Qs 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 superfi cial negativa 576
18.16 Pilotes agrupados: efi ciencia 578
18.17 Asentamiento elástico de un grupo de pilotes 582
18.18 Asentamiento de consolidación de un grupo de pilotes 583
18.19 Resumen 586
Problemas 587
Referencias 591
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
19.9 Resumen 615
Problemas 615
Referencias 617
Apéndice: Geosintéticos 619
Respuestas a problemas
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