Soil Mechanics and Foundation Engineering

881 Pages·2013·11.428 MB·English

by  P Purushothama Raj

SOIL MECHANICS AND
FOUNDATION ENGINEERING
S E
ECOND DITION
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 1 2/12/2013 5:21:17 PM
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 2 2/12/2013 5:21:17 PM
SOIL MECHANICS AND
FOUNDATION ENGINEERING
S E
ECOND DITION
P. Purushothama Raj
Director
Adhiparasakthi Engineering College, Melmaruvathur
Kancheepuram District, Tamil Nadu
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 3 2/12/2013 5:21:18 PM
(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:11)(cid:12)(cid:11)(cid:13)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:11)(cid:17)(cid:3)(cid:6)(cid:18)(cid:7)(cid:19)(cid:8)(cid:11)(cid:20)(cid:7)(cid:19)(cid:21)(cid:22)(cid:6)(cid:23)(cid:18)(cid:22)(cid:5)(cid:11)(cid:24)(cid:25)(cid:19)(cid:21)(cid:7)(cid:26)(cid:27)(cid:11)(cid:28)(cid:29)(cid:10)(cid:30)(cid:11)(cid:31)(cid:10)(cid:21)(cid:30)(cid:11)(cid:11)
(cid:2)(cid:3)(cid:4)(cid:5)(cid:6)(cid:7)(cid:5)(cid:5)(cid:7)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:11)(cid:5)(cid:12)(cid:13)(cid:7)(cid:9)(cid:6)(cid:8)(cid:14)(cid:15)(cid:16)(cid:4)(cid:12)(cid:17)(cid:3)(cid:9)(cid:6)(cid:8)(cid:3)(cid:6)(cid:8)(cid:18)(cid:9)(cid:16)(cid:17)(cid:19)(cid:8)(cid:20)(cid:7)(cid:3)(cid:12)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
(cid:8)
(cid:21)(cid:9)(cid:8)(cid:22)(cid:12)(cid:13)(cid:17)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:3)(cid:7)(cid:8)(cid:5)(cid:23)(cid:9)(cid:9)(cid:24)(cid:8)(cid:25)(cid:12)(cid:26)(cid:8)(cid:27)(cid:5)(cid:8)(cid:16)(cid:7)(cid:5)(cid:15)(cid:8)(cid:9)(cid:13)(cid:8)(cid:13)(cid:5)(cid:22)(cid:13)(cid:9)(cid:15)(cid:16)(cid:4)(cid:5)(cid:15)(cid:8)(cid:3)(cid:6)(cid:8)(cid:12)(cid:6)(cid:26)(cid:8)(cid:25)(cid:12)(cid:6)(cid:6)(cid:5)(cid:13)(cid:8)(cid:28)(cid:19)(cid:12)(cid:17)(cid:7)(cid:9)(cid:5)(cid:29)(cid:5)(cid:13)(cid:8)(cid:28)(cid:3)(cid:17)(cid:19)(cid:9)(cid:16)(cid:17)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:5)(cid:8)(cid:22)(cid:16)(cid:27)(cid:30)(cid:3)(cid:7)(cid:19)(cid:5)(cid:13)(cid:31)(cid:7)(cid:8)
(cid:22)(cid:13)(cid:3)(cid:9)(cid:13)(cid:8)(cid:28)(cid:13)(cid:3)(cid:17)(cid:17)(cid:5)(cid:6)(cid:8)(cid:4)(cid:9)(cid:6)(cid:7)(cid:5)(cid:6)(cid:17) (cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
(cid:8)
!(cid:19)(cid:3)(cid:7)(cid:8)(cid:5)(cid:23)(cid:9)(cid:9)(cid:24)(cid:8)(cid:25)(cid:12)(cid:26)(cid:8)(cid:9)(cid:13)(cid:8)(cid:25)(cid:12)(cid:26)(cid:8)(cid:6)(cid:9)(cid:17)(cid:8)(cid:3)(cid:6)(cid:4)(cid:30)(cid:16)(cid:15)(cid:5)(cid:8)(cid:12)(cid:30)(cid:30)(cid:8)(cid:12)(cid:7)(cid:7)(cid:5)(cid:17)(cid:7)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:12)(cid:17)(cid:8)(cid:28)(cid:5)(cid:13)(cid:5)(cid:8)(cid:22)(cid:12)(cid:13)(cid:17)(cid:8)(cid:9)(cid:10)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:5)(cid:8)(cid:22)(cid:13)(cid:3)(cid:6)(cid:17)(cid:8)(cid:29)(cid:5)(cid:13)(cid:7)(cid:3)(cid:9)(cid:6) (cid:8)!(cid:19)(cid:5)(cid:8)(cid:22)(cid:16)(cid:27)(cid:30)(cid:3)(cid:7)(cid:19)(cid:5)(cid:13)(cid:8)
(cid:13)(cid:5)(cid:7)(cid:5)(cid:13)(cid:29)(cid:5)(cid:7)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:5)(cid:8)(cid:13)(cid:3)"(cid:19)(cid:17)(cid:8)(cid:17)(cid:9)(cid:8)(cid:13)(cid:5)(cid:25)(cid:9)(cid:29)(cid:5)(cid:8)(cid:12)(cid:6)(cid:26)(cid:8)(cid:25)(cid:12)(cid:17)(cid:5)(cid:13)(cid:3)(cid:12)(cid:30)(cid:8)(cid:3)(cid:6)(cid:8)(cid:17)(cid:19)(cid:3)(cid:7)(cid:8)(cid:5)(cid:23)(cid:9)(cid:9)(cid:24)(cid:8)(cid:12)(cid:17)(cid:8)(cid:12)(cid:6)(cid:26)(cid:8)(cid:17)(cid:3)(cid:25)(cid:5) (cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
(cid:8)
#(cid:18)(cid:23)(cid:21)(cid:8)$%&&’(’%$)&’*(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
(cid:5)#(cid:18)(cid:23)(cid:21)(cid:8) (cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
9789332514119
(cid:8)
,(cid:5)(cid:12)(cid:15)(cid:8)-(cid:10)(cid:10)(cid:3)(cid:4)(cid:5).(cid:8)(cid:20)/&0(cid:20)12(cid:8)(cid:18)(cid:5)(cid:4)(cid:17)(cid:9)(cid:13)(cid:8)*32(cid:8)4(cid:6)(cid:9)(cid:28)(cid:30)(cid:5)(cid:15)"(cid:5)(cid:8)(cid:23)(cid:9)(cid:16)(cid:30)(cid:5)(cid:29)(cid:12)(cid:13)(cid:15)2(cid:8)%(cid:17)(cid:19)(cid:8)5(cid:30)(cid:9)(cid:9)(cid:13)2(cid:8)(cid:21)-#6(cid:20)(cid:8)3)’(cid:8)()$2(cid:8)#(cid:6)(cid:15)(cid:3)(cid:12)(cid:8)(cid:8)
7(cid:5)"(cid:3)(cid:7)(cid:17)(cid:5)(cid:13)(cid:5)(cid:15)(cid:8)-(cid:10)(cid:10)(cid:3)(cid:4)(cid:5).(cid:8)’’(cid:8)(cid:2)(cid:9)(cid:4)(cid:12)(cid:30)(cid:8)(cid:18)(cid:19)(cid:9)(cid:22)(cid:22)(cid:3)(cid:6)"(cid:8)8(cid:5)(cid:6)(cid:17)(cid:13)(cid:5)2(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:6)(cid:4)(cid:19)(cid:7)(cid:19)(cid:5)(cid:5)(cid:30)(cid:8)(cid:11)(cid:12)(cid:13)(cid:24)2(cid:8)(cid:21)(cid:5)(cid:28)(cid:8)6(cid:5)(cid:30)(cid:19)(cid:3)(cid:8)’’)(cid:8))’%2(cid:8)#(cid:6)(cid:15)(cid:3)(cid:12)(cid:8)(cid:8)(cid:8)
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 4 2/12/2013 5:21:18 PM
Brief Contents
Preface xvii
1. Soil Formation and Composition 1
2. Index Properties of Soils 25
3. Identification and Classification of Soils 65
4. Compaction of Soils 81
5. Permeability and Capillarity 103
6. Seepage 137
7. Stress and Stress Distribution in Soil 167
8. Consolidation and Consolidation Settlement 215
9. Shear Strength of Soils 261
10. Laboratory Measurement of Soil Properties 309
11. Lateral Earth Pressure 383
12. Earth-Retaining Structures 425
13. Stability of Slopes 471
14. Bearing Capacity of Soils 515
15. Shallow Foundations 567
16. Pile Foundations 599
17. Drilled Piers and Caisson Foundations 641
18. Ground Investigation 671
19. Soil Improvement 699
20. Embankment Dams 729
21. Dynamic Loading of Soil 759
22. Environmental Geotechnology 777
23. Introductory Rock Mechanics 787
24. Pavements 815
List of Symbols 837
Bibliography 843
Index 857
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 5 2/12/2013 5:21:18 PM
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 6 2/12/2013 5:21:18 PM
Contents
Preface xvii
1. Soil Formation and Composition 1
Chapter Highlights
1.1 Introduction 1
1.2 Origin of Soils 2
1.3 Types of Weathering 3
1.4 Soil Formation 4
1.5 Major Soil Deposits of India 7
1.6 Components of Soils 9
1.7 Particle Sizes and Shapes 11
1.8 Inter-Particle Forces 12
1.9 Soil Minerals 13
1.10 Soil–Water System 16
1.11 Physico-Chemical Behaviour of Clays 16
1.12 Soil Structure 19
Points to Remember 22
Questions 22
2. Index Properties of Soils 25
Chapter Highlights
2.1 Introduction 25
2.2 Three-Phase System 25
2.3 Particle-Size Analysis 34
2.4 Consistency of Soils 40
Worked Examples 45
Points to Remember 59
Questions 60
Exercise Problems 61
3. Identification and Classification of Soils 65
Chapter Highlights
3.1 Introduction 65
3.2 Field Identification of Soils 65
3.3 Engineering Classification of Soils 67
Worked Examples 75
Points to Remember 77
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 7 2/12/2013 5:21:18 PM
viii Contents
Questions 77
Exercise Problems 78
4. Compaction of Soils 81
Chapter Highlights
4.1 Introduction 81
4.2 Principles of Compaction 81
4.3 Compactive Effort 82
4.4 Laboratory compaction 82
4.5 Field Compaction and Equipment 84
4.6 Compaction Specification and Control 87
4.7 Factors Affecting Compaction 89
4.8 Effect of Compaction on Soil Structure 92
4.9 Compaction Behaviour of Sand 93
4.10 California Bearing Ratio Test 93
Worked Examples 94
Points to Remember 99
Questions 100
Exercise Problems 101
5. Permeability and Capillarity 103
Chapter Highlights
5.1 Introduction 103
5.2 Water Flow 103
5.3 Darcy’s Law 104
5.4 Range of Validity of Darcian Flow 105
5.5 Laboratory Permeability Tests 106
5.6 Field Permeability Tests 108
5.7 Permeability of Stratified Soils 112
5.8 Values of Permeability 115
5.9 Factors Affecting Permeability 115
5.10 Surface Tension 117
5.11 Capillary Phenomenon in Soils 118
5.12 Shrinkage and Swelling of Soils 120
Worked Examples 121
Points to Remember 131
Questions 132
Exercise Problems 133
6. Seepage 137
Chapter Highlights
6.1 Introduction 137
6.2 Seepage Forces 137
6.3 General Flow Equation 139
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 8 2/12/2013 5:21:18 PM
Contents ix
6.4 Significance of Laplace Equation 141
6.5 Properties and Applications of Flow Nets 142
6.6 Construction of Flow Net 144
6.7 Anisotropic Soil Conditions 149
6.8 Non-Homogeneous Soil Conditions 152
6.9 Piping 153
6.10 Design of Filters 154
Worked Examples 155
Points to Remember 160
Questions 161
Exercise Problems 163
7. Stress and Stress Distribution in Soil 167
Chapter Highlights
7.1 Introduction 167
7.2 Stresses at a Point 167
7.3 Mohr’s Circle 169
7.4 Stress Paths 170
7.5 Effective Stress Concept 171
7.6 Geostatic Stresses 175
7.7 Stresses due to Surface Loads 179
Worked Examples 198
Points to Remember 208
Questions 209
Exercise Problems 211
8. Consolidation and Consolidation Settlement 215
Chapter Highlights
8.1 Introduction 215
8.2 Rheological Models of soils 216
8.3 Compressibility of soils 217
8.4 One-Dimensional Consolidation 217
8.5 Consolidation Test 219
8.6 Compressibility Characteristics 221
8.7 Types of Clay Deposits 223
8.8 Prediction of Pre-consolidation Pressure 226
8.9 Rate of Consolidation 226
8.10 Secondary Compression 233
8.11 Consolidation Settlement and Its Rates 234
8.12 Acceleration of Consolidation by Sand Drains 239
8.13 Compressibility of Sands 241
Worked Examples 242
Points to Remember 254
Questions 255
Exercise Problems 257
A01_PURU1773_01_SE_PREL.indd 9 2/12/2013 5:21:18 PM