El objetivo principal de este post es compartir información sobre mecánica de suelos y brindar opciones de bibliografía a los alumnos y profesionales interesados en el tema.
Para propósitos de ingeniería, el suelo se define como el agregado no cementado de granos minerales y materia orgánica descompuesta (partículas sólidas) con líquido y gas en los espacios vacíos entre las partículas sólidas.
El suelo se utiliza como material de construcción en diversos proyectos de ingeniería civil y con cimientos estructurales. Por lo tanto, los ingenieros civiles deben estudiar las propiedades del suelo, tales como el origen, la distribución de tamaño de grano, la capacidad de drenar el agua, compresión, resistencia al corte y la capacidad de soporte de carga.
La mecánica de suelos es la aplicación de la ciencia física que se ocupa del estudio de las propiedades físicas del suelo y el comportamiento de las masas de suelos sometidos a diferentes tipos de fuerzas.
La ingeniería de suelos es la aplicación de los principios de la mecánica de suelos a problemas prácticos. La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que enfoca su estudio en las propiedades mecánicas e hidráulicas de suelos y rocas, tanto en superficie como en el subsuelo, incluyendo la aplicación de los principios de la mecánica de suelos y mecánica de rocas en el diseño de los cimientos, estructuras de contención y las estructuras de tierra.
Libros de mecánica de suelos
Siendo la recomendación los libros elaborados por la editorial MACRO y los autores Badillo y Rodriguez de manera personal ya que el primero contiene mucha información aplicada a la profesión en si, que ayuda al profesional que va iniciando o al alumno que tenga curiosidad sobre el «como» se desempeña el tema en el mundo laboral, y por otro lado los autores por que establecen los parámetros necesarios para conocer de manera técnica sobre la mecánica de suelos.
La ingeniería geotécnica antes del siglo XVIII
El registro de la primera persona que utilizó el suelo como material de construcción se pierde en la antigüedad. En términos de ingeniería civil, la comprensión de la ingeniería geotécnica, como se conoce hoy en día, comenzó a principios del siglo XVIII (Skempton, 1985).
Durante años, el arte de la ingeniería geotécnica se basó sólo en las experiencias del pasado a través de una sucesión de experimentos sin ningún carácter científico real. En base a estos experimentos, muchas estructuras fueron construidas, algunas de las cuales se han derrumbado, mientras otras se mantienen en pie.
La historia escrita nos dice que las civilizaciones antiguas florecieron a lo largo de las orillas de los ríos, como el Nilo (Egipto), el Tigris y el Éufrates (Mesopotamia), el Huang Ho (río Amarillo, China) y el Indo (India). Hay diques que datan de alrededor del año 2000 a.C. y fueron construidos en la cuenca del Indo para proteger la ciudad de Mohenjo Dara (que se convirtió en Pakistán después de 1947).
Durante la dinastía Chan en China (1120 a.C. a 249 a.C.), muchos diques fueron construidos para el riego. No hay evidencia de que se hayan tomado medidas para estabilizar los cimientos o comprobar la erosión causada por las inundaciones (Kerisel, 1985). La antigua civilización griega utilizó zapatas aisladas y cimientos de madera para la construcción de estructuras. Alrededor del año 2700 a.C. se construyeron varias pirámides en Egipto, la mayoría de las cuales fueron construidas como tumbas para los faraones del país y sus consortes durante los periodos del Imperio Antiguo y Medio.
A partir de 2008 se han descubierto un total de 138 pirámides en Egipto. La construcción de las pirámides plantea desafíos formidables sobre cimentaciones, estabilidad de taludes y la construcción de cámaras subterráneas. Con la llegada del budismo a China durante la dinastía Han del Este en el 68 d.C. se construyeron miles de pagodas.
Muchas de estas estructuras fueron construidas con limo y blandas capas de arcilla. En algunos casos la presión de base excede la capacidad de soporte de carga del suelo y con ello causó grandes daños estructurales.
Uno de los ejemplos más famosos de los problemas relacionados con la capacidad de soporte del suelo en la construcción de estructuras anteriores al siglo XVIII es la Torre de Pisa en Italia.
La construcción de la torre comenzó en 1173 d.C., cuando la República de Pisa era próspera, y continuó en varias etapas durante más de 200 años. La estructura pesa alrededor de 15 700 toneladas métricas y está soportada por una base circular que tiene un diámetro de 20 m. La torre se ha inclinado en el pasado hacia el este, norte, oeste y, por último, hacia el sur.
Investigaciones recientes mostraron que existe una capa de arcilla débil a una profundidad de aproximadamente 11 m, la compresión ha provocado que la torre se incline. Se ha desviado más de 5 m de la alineación con la altura de 54 m. La torre fue cerrada en 1990 porque se temía que iba a caer o colapsar.
Recientemente se ha estabilizado mediante la excavación del suelo de la parte norte de la torre. Se retiraron alrededor de 70 toneladas métricas de tierra en 41 extracciones por separado que extendieron el ancho de la torre. A medida que el suelo se asentó gradualmente para llenar el espacio resultante, la inclinación de la torre disminuyó. La torre ahora está inclinada 5 grados. El cambio en medio grado no es perceptible, pero hace a la estructura considerablemente más estable.
Después de encontrarse con varios problemas relacionados con la cimentación durante la construcción en los siglos pasados , los ingenieros y científicos comenzaron a estudiar las propiedades y el comportamiento de los suelos de una manera más metódica comenzando en la primera parte del siglo XVIII. Basado en el énfasis y la naturaleza del estudio en el área de la ingeniería geotécnica, el lapso de tiempo que se extiende desde 1700 hasta 1927 se puede dividir en cuatro periodos principales (Skempton, 1985):
- Periodo Preclásico (1700 a 1776)
- Mecánica de suelos: periodo Clásico-Fase I (1776 a 1856)
- Mecánica de suelos: periodo Clásico-Fase II (1856 a 1910)
- Mecánica de suelos moderna (1910 a 1927)
La historia de la mecánica de suelos como tal, es muy larga y extensa, y me parece que es un tópico que todo ingeniero civil debería conocer de manera general, así que, por ello conseguir buena bibliografía es importante durante el estudio del tema.
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