Unsaturated Soil Mechanics in Engineering Practice – D. G. Fredlund, H. Rahardjo, M. D. Fredlund – 1st Edition

La mecánica de suelos es una ciencia aplicada relativamente joven. Karl Terzaghi publicó su versión en inglés de Theoretical Soil Mechanics en 1943. El libro proporcionó un contexto basado en la ciencia para analizar el comportamiento físico de los suelos saturados. La ingeniería geotécnica ha cambiado de muchas maneras desde la década de 1940. Los procedimientos para realizar investigaciones del subsuelo han sufrido algunos cambios, pero los procedimientos de investigación siguen siendo bastante similares. Todavía se perforan pozos con muestras de suelo perturbadas y no perturbadas tomadas a intervalos para pruebas de laboratorio posteriores. Sin embargo, la forma en que obtenemos nuestras soluciones de ingeniería geotécnica ha cambiado drásticamente.

Terzaghi y sus contemporáneos ensamblaron el contexto de la mecánica de suelos en un momento en que las herramientas para resolver problemas matemáticos eran significativamente diferentes de las herramientas disponibles en la actualidad. En la década de 1940, los escritores de libros de texto de mecánica de suelos intentaron tomar complejos problemas tridimensionales del mundo real y reducirlos a soluciones simplificadas de forma cerrada. Flownets proporcionó una solución gráfica para el movimiento del agua a través de un continuo poroso isotrópico, homogéneo y bidimensional. Los métodos de cortes (verticales) proporcionaron una solución para calcular el factor de seguridad de una pendiente bidimensional. Los métodos de capas (horizontales) proporcionaron una solución para el cálculo del asentamiento de un suelo arcilloso comprimible unidimensional. El mundo de la mecánica del suelo contenía una serie de constantes de propiedades del suelo (p. ej., k, c y ?), y aquellas propiedades del suelo que no eran constantes se convirtieron a una forma lineal para ser representadas como constantes (p. ej., Cc y Cs).

En las décadas de 1960 y 1970 quedó claro que las propiedades del suelo no saturado tendrían que definirse como funciones de propiedad del suelo no saturado no lineal (USPF). La mecánica de suelos no saturados se convirtió en un área vibrante de investigación geotécnica, y era evidente que estábamos entrando en una nueva era que requería un nuevo paradigma para resolver problemas de mecánica de suelos saturados-no saturados. Si la mecánica de suelos no saturados iba a encontrar su camino en la práctica de la ingeniería geotécnica, era necesario contar con metodologías confiables para obtener las funciones de propiedades del suelo no saturado a un costo y esfuerzo razonables.

En consecuencia, una amplia variedad de procedimientos de estimación surgió de la investigación en muchos países. Los procedimientos de estimación se basaron en gran medida en las propiedades del suelo saturado y en la comprensión de la curva característica del agua del suelo (SWCC), es decir, la relación entre el contenido de agua y la succión del suelo. Las décadas de 1960 y 1970 fueron décadas que presenciaron un rápido crecimiento en nuestra capacidad para resolver formulaciones matemáticas complejas. La computadora podría usarse para resolver nuevas formulaciones matemáticas que describieran el comportamiento físico de problemas de mecánica de suelos saturados-insaturados. Los métodos numéricos de solución surgieron para todas las áreas del comportamiento de los materiales, áreas que se extendían mucho más allá de la mecánica de suelos clásica.

Los problemas de mecánica de suelos se visualizaron como problemas de valores de contorno con las siguientes condiciones definidas: (i) geometría y estratigrafía, (ii) condiciones iniciales y condiciones de contorno, (iii) propiedades del suelo y (iv) técnicas de solución. La física del comportamiento del suelo se definió para un volumen elemental referencial (REV) del continuo del suelo saturado-no saturado y la formulación matemática que describe la física del comportamiento del suelo tomó la forma de una ecuación diferencial parcial (PDE). En general, se encontró que las PDE no eran lineales debido a las funciones de propiedades del suelo no saturadas no lineales requeridas como parte de la formulación.

El tipo de ecuaciones que a muchos de nosotros no nos gustaba como estudiantes universitarios se convirtió en el corazón de la resolución de problemas de suelos no saturados. Afortunadamente, pudimos ocultar el solucionador de PDE en herramientas informáticas avanzadas. Los ingenieros geotécnicos se han beneficiado de la investigación realizada en dos áreas principales: (i) física del suelo y agronomía y (ii) tecnología informática y matemáticas.

En particular, fue el rápido crecimiento de la capacidad informática (es decir, hardware y software de computadora) lo que hizo posible la solución de los problemas de suelos no saturados. Se preparó el escenario para resolver problemas de mecánica de suelos saturados-no saturados dentro de un contexto de valor límite mediante el uso de técnicas de modelado numérico.