Descripción

Según la nomenclatura ingenieril, la mecánica de suelos estudia el comportamiento de las rocas clásticas, o suelos, en diferentes condiciones de carga: cargas externas, como las transmitidas por los cimientos de cualquier estructura, o generadas por la filtración de agua, y también por su propio peso como consecuencia de cambios geométricos, inducidos por ejemplo por excavaciones o túneles.

El conocimiento del comportamiento mecánico del suelo es, de hecho, un elemento esencial para la predicción de los desplazamientos y las acciones internas de una estructura fundada sobre él o que interactúa con él. La mecánica de suelos es, por tanto, la materia fundamental de la ingeniería geotécnica, la rama de la ingeniería civil que se ocupa del suelo y de la estructura que interactúa con él, ocupándose del diseño y la construcción de estructuras civiles e industriales y de obras de defensa del medio ambiente contra los riesgos geológicos. Aristóteles decía: ???????? ?? ???? ? ????????? ? ?????????: cualquier predicción se basa en un cálculo racional o en la percepción intuitiva. Aunque esta última ha sido durante mucho tiempo el punto de partida de cualquier construcción y todavía juega un papel relevante en el diseño, es la primera la que permite la definición de las dimensiones de la estructura y la evaluación de la seguridad. De hecho, permite la predicción racional del comportamiento de la estructura en las diferentes fases de construcción y durante su vida.

Este cálculo debe basarse en un modelo matemático de la estructura y del suelo. Este debe esquematizar la geometría del problema, el comportamiento mecánico tanto de los materiales como de las estructuras, así como las cargas. La definición de un modelo matemático global de la estructura y del suelo es un problema muy complejo que queda fuera del alcance de este libro. En lo que sigue se expondrán únicamente las bases sobre las que se puede formular un modelo matemático del comportamiento del suelo. Aunque de alcance limitado, la modelización del suelo es bastante compleja y requiere diferentes niveles de pensamiento abstracto. En primer lugar, es necesario pasar de la naturaleza física del suelo, compuesto por un discreto e innumerable número de partículas minerales sólidas y huecos, en los que pueden filtrarse fluidos como el aire, el agua o los aceites minerales, a su representación como un continuo. De hecho, esto permite una formulación matemática mucho más factible. Para lograr este objetivo, es necesario suponer que el suelo es un medio especial obtenido por superposición de dos continuos: un continuo sólido, que modela el esqueleto compuesto por las partículas minerales, el esqueleto sólido, y un continuo fluido, que modela el fluido, o la mezcla de fluidos, que se filtra a través de los huecos.

El aspecto más relevante reside en el hecho de que ambos continuos ocupan completamente la misma región del espacio. Estos interactúan al separar el estado de tensión de una manera que se deriva directamente de las condiciones de conservación de la energía y la masa, y que es una función de cómo se modelan independientemente el comportamiento del continuo sólido bajo carga y la filtración de fluido en el suelo. Por lo tanto, es necesario formular matemáticamente modelos para la descripción del comportamiento mecánico del esqueleto sólido $relación tensión-deformación$ y una ley conceptualmente equivalente que rija el movimiento del fluido con respecto al esqueleto sólido. Una vez definido el modelo, para reproducir matemáticamente con la mejor aproximación posible los resultados experimentales obtenidos por ensayos elementales, deben especificarse los parámetros que describen el comportamiento del suelo $o de las diferentes capas del suelo$ para el caso en examen.

Finalmente, es necesario un paso más en el modelado para transformar el sistema de ecuaciones diferenciales y condiciones de contorno que rigen cualquier problema de mecánica de suelos a la luz de la mecánica de medios continuos en un sistema de ecuaciones algebraicas que pueda resolverse por medio de una computadora. Este libro se desarrollará en secuencia lógica de acuerdo con lo que se ha esbozado anteriormente.

El Capítulo 1 presenta algunos conceptos elementales necesarios para pasar de la naturaleza discreta del suelo a su representación continua. Luego, en el Capítulo 2, se presentarán ecuaciones diferenciales y de contorno para un problema genérico de mecánica de suelos. Se analizarán casos especiales, como condiciones de filtración estacionaria $Capítulo 3$, condiciones de carga rápida $condiciones no drenadas$ y condiciones de filtración transitoria $Capítulo 4$. En este último caso, bajo carga constante, el estado de tensión se transfiere del agua al esqueleto sólido, induciendo deformaciones del suelo y evaluaciones de la estructura a lo largo del tiempo $consolidación$. Por simplicidad, en este caso se asumirá que el suelo se caracteriza por un comportamiento lineal incremental. Sin embargo, el comportamiento mecánico del esqueleto sólido es mucho más complejo. De hecho, es no lineal, irreversible y altamente influenciado por la presión promedio a la que está sometido. Estos aspectos se detallarán en el Capítulo 5, que está dedicado al estudio de la respuesta de muestras elementales de suelo en ensayos de laboratorio.