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HISTORIA DE LA GEOTÉCNIA (Temática; Mecánica de suelos)
Evolución Histórica de la Ingeniería Geotécnica
El primer registro de uso del suelo como material de construcción se
pierde en la antigüedad. En términos de verdadera ingeniería, la
comprensión de la Ingeniería Geotécnica, como hoy es conocida se inició a comienzos del siglo XVIII,
cuando la física y las matemáticas habían alcanzado un
importante desarrollo y permitían conceptualizar modelos físicos.
Pero para nuestros antecesores nunca fue un obstáculo desconocer los principios
físicos básicos que rigen el comportamiento del suelo y de los
materiales geológicos. Un importante ejemplo de ello es la construcción
de túneles, que había alcanzado un desarrollo muy notable antes de que
se acuñaran incluso los términos mecánica de suelos y mecánica de rocas
o de que se celebraran formalmente los primeros congresos
internacionales sobre estas teorías emergentes. La construcción de
monumentales obras requiere algo de ingenio, audacia e ingenuidad.
En 1820 el arquitecto británico Thomas Tredgold presidente de la Institution of Civil Engineers, probablemente el primero que hizo un intento, la llamó “el arte de dirigir las grandes fuerzas de la naturaleza y usarlas para beneficio del hombre”. Para esa época la definición
era apropiada pues no se había consolidado aún el papel de la ciencia y
la tecnología en el quehacer ingenieril. Un siglo después, ya en el
siglo XX, los ingenieros civiles definían su profesión como "el arte
de la aplicación práctica del conocimiento científico y empírico al
diseño y producción o realización de varios tipos de proyectos
constructivos, máquinas y materiales de uso o valor para el hombre".
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| Thomas Tredgold |
El Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería de México adoptó recientemente esta definición: “La
ingeniería se considera como una profesión que mediante el conocimiento
y aplicación de las matemáticas y las ciencias naturales, integradas en
el estudio, la experiencia y la práctica, desarrolla un conjunto de
métodos que utilizan y transforman los materiales y fuerzas de la
naturaleza con economía y respeto al ambiente, en beneficio del ser
humano”.
“Ingeniero” no es quien ostenta tal título, es quien
ejerce la ingeniería, la profesión que concreta los sueños y construye
los ingenios (las invenciones) de todo tipo, desde la rueda hasta los
autómatas, entendiendo como ingenio ya sea una máquina o artificio de
guerra o bien un artilugio que se fabrica con entendimiento y facilita
la labor humana, que de otra manera demandaría grandes esfuerzos.
Históricamente, la profesión de ingeniero se configuró fuera de las universidades y a partir de diversas ocupaciones. En un inicio, los pre ingenieros
fueron artesanos experimentados que se desempeñaron como constructores
de molinos, albañiles, herreros, relojeros, etc. Principalmente, por
razones de índole militar, la posición social del pre ingeniero se elevó de status al integrarlo en los cuerpos del ejército. Los pre ingenieros fueron
los encargados de la fabricación de artefactos de guerra y la
construcción de fortificaciones, barcos, puentes, puertos, caminos y la
logística para el transporte y aprovisionamiento de los soldados.
Hasta finales del siglo XVIII, la ingeniería fue más un oficio que una
profesión. Consistía en un conjunto de inventiva, destrezas manuales y
habilidades mecánicas transmitidas de padres a hijos y de maestros a
aprendices. Es a fines del siglo XVIII que empiezan a surgir las
primeras escuelas de ingeniería. Por cierto, no vinculadas a las
universidades. En Estados Unidos el US Army Corps of Engineers en
la Academia militar de West Point. En México, El Real Seminario de
Minas, posteriormente Escuela de Minería. Lentamente se fueron
introduciendo estudios de Ingeniería en las universidades, o se
fusionaron las escuelas a estas, como ocurrió en México.
Mediante su incorporación a las universidades y la adopción de los
principios básicos de la Física, las Matemáticas y la Química, los
ingenieros han sido capaces de elevar el nivel técnico y científico de
su disciplina.
Desde el punto de vista social y ocupacional los modernos ingenieros
exhiben una fuerte dicotomía. Por un lado, poseen las técnicas
versátiles del empresario y del administrador; por el otro, disponen de
los conocimientos y destrezas de un trabajador hábil (Collins, 1989).
Este dualismo empresario-trabajador calificado les confiere una suerte
de identidad doble que les causa muchas dificultades para definir su
propio proyecto profesional. En países como Francia tiene un muy alto
status social, en EUA y Gran Bretaña no al nivel de las profesiones como
la medicina, abogacía, etc. En México es ambivalente el status.
Dependiendo del país y de su tradición cultural se tienen diferentes
concepciones de lo que es un ingeniero y del papel que desempeña en la
sociedad (Dettmer, 2003).
La palabra ingeniero apareció en la Edad Media para designar a los
constructores de ingenios, aunque junto con el sacerdocio y la milicia,
la ingeniería fue una de las primeras profesiones en aparecer. La
etimología del término ingeniería es reciente, pues deriva del término ingeniero, que data del año 1325 D.C. del idioma inglés, cuando un engine'er (el que opera un engine, o sea una máquina) refiriéndose inicialmente a un constructor de máquinas militares. En este contexto, “engine” se refería a una máquina militar (hoy en día se traduce como "motor"), es decir, un dispositivo mecánico usado en las contiendas militares (por ejemplo, una catapulta). El término “engine” es aún más antiguo, pues deriva del término latino ingenium (1250 D.C.), al español ingenio.
El término evolucionó más adelante para incluir todas las áreas en las que se utilizan técnicas para aplicar el método científico. En otras lenguas como el árabe, la palabra ingeniería también significa geometría.
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| Mapa mental de la Ingeniería Civil |
En el presente, la Ingeniería se encuentra estrechamente interconectada
con la Ciencia, a pesar de ello subsisten marcadas diferencias. Una
primera diferencia entre Ciencia e Ingeniería es que en esta el diseño
es uno de sus objetivos centrales, aparejado con la realización de lo
que se diseña. En general, los expertos concuerdan en que el diseño
constituye la actividad fundamental de la Ingeniería. Se entiende que
diseño comprende también, análisis y construcción (o fabricación,
implementación o elaboración).
La evolución histórica de la ingeniería geotécnica ha llevado a establecer (de conformidad con lo presentado por National Highway Institute en 2006),
su mapa mental, donde al juicio del geotecnista deben confluir
simultáneamente la teoría, los ensayos de materiales y la experiencia en
casos previos. En estas condiciones estará en capacidad de emitir
nuevos juicios de razón a partir de comparativos o desarrollos
particulares.
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| Mapa mental de la Ingeniería Geotécnica |
Las primeras prácticas de
la ingeniería civil se iniciaron entre los años 4,000 y 2,000 A.C. en
el Antiguo Egipto y Mesopotamia (antiguo Irak) cuando el hombre abandonó
la existencia nómada, lo que provocó la necesidad de la construcción de
viviendas y a partir de entonces, el transporte debido al comercio, se
hizo cada vez más importante, y condujo al temprano desarrollo de la
rueda y la vela. A medida que las ciudades crecían las estructuras se eregían apoyadas por cimentaciones formales.
Durante siglos, el arte de la ingeniería geotécnica fue un tema de
alguna manera esotérico pues se basaba exclusivamente en experiencias
previas (técnica ensayo - error) luego de una sucesión de
experimentaciones sin ningún carácter científico real, transmitidas por
tradición oral de generación en generación y que posteriormente se
recopilaron por escrito ("History of embankment construction". William G. Weber).
Uno de estos primeros registros escritos se encuentra en el Dschou-Li, un libro sobre las costumbres de la dinastía Dschou en
China escrito hacia el año 3,000 A.C., y que contiene entre otros
temas, recomendaciones para la construcción de caminos y puentes. Según
la AASHTO (1950) el camino más antiguo del mundo fue "El Camino Real"
entre Asia suroccidental y Asia Menor (Anatolia) utilizado en el año
3,000 A.C. por carretas de ruedas. Uno de los registros técnicos más
antiguos de construcción utilizando suelos se encuentra en los diez
libros De Architectura compilados en el siglo I A.C. por el arquitecto romano Vitrubio (Vitruvius en latin).
Hacia el año 3,000 A.C., época en la que se construyeron las primeras
ciudades, la mayoría de las edificaciones eran modestas viviendas, pero
desde entonces, la ingeniería estructural dejó de ser meramente
funcional y también fue arquitectónica. Se construyeron grandes palacios
para los príncipes y enormes templos para los sacerdotes.
Una consecuencia de la aparición de las religiones organizadas, con su
gran estructura, fue un aumento de la actividad ingenieril y de su
conocimiento. La nueva riqueza y los rituales religiosos también
llevaron a la construcción de tumbas monumentales, de las cuales son
ejemplo sobresaliente las pirámides. De hecho el primer ingeniero
conocido por su nombre fue Imhotep, constructor de la Pirámide
escalonada en Saqqarah, Egipto, probablemente hacia el 2,550 A.C. Este
ingeniero alcanzó tanta reverencia por su sabiduría y habilidad, que fue
elevado a la categoría de dios después de su muerte.
Los sucesores de Imhotep (los egipcios, persas, griegos y romanos)
llevaron la ingeniería civil a notables alturas sobre la base de métodos
empíricos ayudados por la aritmética, la geometría y algunos
conocimientos incipientes de física. Sin embargo, es paradójico que la
obra de los ingenieros, presente en toda la historia, no fue reconocida
jamás como obra de ingeniería, sino, acaso, como obra de arquitectura.
El mundo antiguo percibió a la ingeniería como un quehacer que competía
con las fuerzas naturales y las dominaba. Esta percepción comprendía en
ella una componente técnica, pero sobre todo intuía una parte mágica.
En Egipto, aproximadamente en 2,000 A.C., ya se usaba la piedra en la
construcción de cilindros para las estructuras pesadas erigidas sobre
suelos blandos, utilizada a manera de pilotes hincados. La superficie
exterior de los cilindros era alisada para que presentara poca
resistencia a la penetración, lo que indica que para entonces ya se
tenían nociones acerca de la fricción o rozamiento, y que tanto los
romanos como los egipcios ponían mucha atención a ciertas propiedades de
los suelos en la estabilidad de las cimentaciones.
La construcción de las pirámides de Egipto (2,700 a 2,500 A.C.) podría
considerarse el primer caso de construcción a gran escala. Otras construcciones históricas antiguas de
la ingeniería civil incluyen el Partenón por Iktinos en la antigua
Grecia (447 a 438 A.C.), la Vía Apia por ingenieros romanos (312 A.C.), y
la Gran Muralla de China por el General Meng T'ien bajo las órdenes del
emperador chino Shih Huang Ti (220 A.C.) y las estupas construidas en
la antigua Sri Lanka como el Jetavanaramaya y las obras de irrigación
extensiva en Anuradhapura. Los romanos desarrollaron las estructuras
civiles en todo su imperio, incluyendo especialmente acueductos,
puertos, puentes, represas y carreteras.
Con el declinar de la civilización egipcia, el centro del conocimiento
se desplazó a la isla de Creta y después, alrededor del año 1,400 A. C.,
hacia la antigua ciudad de Micenas en Grecia, el lugar de donde
Agamenón partió para la guerra de Troya.
Los constructores de Micenas, como los egipcios, manejaron enormes
bloques de piedra, hasta de 120 ton, en sus construcciones. Además
dominaron el arco falso, una técnica que les ha ganado un puesto en la
ingeniería. Este principio lo usaron en las construcciones subterráneas,
como tumbas y sótanos y en las superficiales, en puentes para vías y
acueductos, pues estos últimos los construyeron con eficacia, así como
los sistemas de drenaje.
Los griegos de Atenas y Esparta copiaron muchos de sus desarrollos de
los ingenieros minoicos, porque en esa época fueron más conocidos por el
desarrollo intensivo de ideas prestadas que por su creatividad e
inventiva. La ciencia griega no fue muy propensa a la ingeniería, pero
en este sentido quizá su mayor contribución fue descubrir que la
naturaleza tiene leyes generales de comportamiento, las cuales se pueden
describir con palabras. Además está la ventaja de la geometría
euclidiana y su influjo en la ingeniería.
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El primer ingeniero reconocido en el mundo griego fue Pytheos,
constructor del Mausoleo de Halicarnaso en 352 A.C., quien combinó
allítres elementos: el pedestal elevado de la columna, el templo griego y
el túmulo funerario egipcio. Además fue el primero que entrenó a sus
aprendices en escuelas y escribió tratados para los constructores del
futuro.
Otros ingenieros importantes fueron Dinócrates
el planeador de Alejandría, y Sostratus, quien construyó el famoso
faro. Inventos y descubrimientos griegos sobresalientes son los de
Arquímedes y los de Cresibius, antecesor de Herón, el inventor de la
turbina de vapor.
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Pero los mejores ingenieros de la antigüedad fueron los romanos,
quienes, sin reatos, tomaron ideas de los países conquistados para
usarlas en la guerra y las obras públicas. Aunque muchas veces
carecieron de originalidad de pensamiento, los ingenieros romanos fueron
superiores en la aplicación de las técnicas, entre las cuales son
notables los puentes que usaron en vías y acueductos.
"Pontífice", la palabra que designaba a los ingenieros
constructores de puentes, tomó una denotación tan importante que en
tiempos de los romanos vino a significar el magistrado sacerdotal que
organizaba y presidía el culto a los dioses y con esa acepción se
utiliza el término en la actualidad. Esta anotación semántica sólo para
insistir en el contenido sacro de las actividades ingenieriles.
Además de los notables puentes de los acueductos, visibles en Europa y
Asia y de los cuales son ejemplos famosos el acueducto de Segovia y el
Pont du Gard, cerca de Nimes, con 50 m de altura y 300 m de largo, son
altamente notables las famosas vías imperiales como la Via Appia y la
Via Flaminia, que atraviesan Italia longitudinalmente. En la cumbre del
poder romano la red de carreteras cubría 290,000 km, desde Escocia hasta
Persia.
Un historiador afirma que las ciudades del imperio romano gozaban de
sistemas de drenaje y suministro de agua, calefacción, calles
pavimentadas, mercados de carne y pescado, baños públicos y otras
facilidades municipales comparables a las actuales. La aplicación de la
ingeniería en las artes militares y en los problemas de navegación,
adecuación de puertos y bahías implicó, como en los otros casos, el uso
de máquinas, materiales y procesos, que hablan del grado de desarrollo
de la ingeniería romana, de la cual quedó fundamentación escrita en
muchos tratados escritos en aquel tiempo y entre los cuales descuellan
los trabajos de Vitrubio.
Cuando el poder se desplazó de Roma a Bizancio en el siglo VI D.C., la
ingeniería romana se adaptó a nuevas exigencias y surgieron nuevas
formas de construcción. En esto los bizantinos superaron a egipcios,
griegos y romanos. Desarrollaron el principio del arco y lo utilizaron
en un domo soportado en las esquinas de una torre cuadrada, la diagonal
de la cual era igual al diámetro de la base del domo. Un ejemplo notable
de este sistema es la catedral de Santa Sofía.
A la caída del Imperio Romano, y debido a la desorganización social que
se generó, se descuidaron los aspectos técnicos sobre los suelos,
llegando a su punto más bajo en el periodo medieval (400 a 1400 A.C.),
lo que provocó que caminos, puentes y diversas obras de tierra quedaran
en el abandono, para posteriormente ser destruidas poco a poco por las
guerras, y por la implacable acción de los agentes de la intemperie. Se
presentó una época de poco interés en el conocimiento de los problemas
de los suelos, y no fue sino hasta los siglos XVII y XVIII cuando
revivió el interés, y se dio nuevo impulso a la solución de los
problemas en las cimentaciones.
Una de las primeras ramas en ganar interés fue la relativa al empuje de
tierras. De hecho, el pionero en formular una guía en esta área fue el
ingeniero militar francés Marquis Sebastián le Prestre de Vauban
(1633-1707), y posteriormente Charles Agustín Coulomb (1736-1806),
también notable y sobresaliente ingeniero militar francés, a quien se le
acredita la primera contribución básica y científica en el cálculo de
la estabilidad de muros de retención de tierras. Otra importante
contribución en el estudio de la presión de las tierras la aportó
William John Macguorn Rankine (1820-1872), ingeniero y físico escocés,
más conocido por sus investigaciones en física molecular y uno de los
fundadores de la ciencia de la termodinámica.
Sobre la base de los experimentos, muchas estructuras fueron
construidas, algunas de las cuales se han derrumbado, mientras que
muchas otras siguen en pie. Por lo tanto las reglas técnicas, siempre
inspiradas en la experiencia acumulada, son más antiguas que los
desarrollos teóricos que las avalan.
Desde entonces, cualquier proyecto geotécnico debía cumplir los dos requisitos fundamentales:
- Asegurar la estabilidad de la obra: estudio de las condiciones de rotura para prevenir el colapso (Factor de Seguridad por resistencia del terreno), y
- Conseguir que las deformaciones o movimientos en servicio fueran aceptables: conocimiento de la “rigidez” del terreno frente a las cargas y otros cambios en el estado inicial del suelo como consecuencia de la realización del proyecto.
Después de la caída de Roma, el conocimiento científico se dispersó
entre pequeños grupos, principalmente bajo el control de órdenes
religiosas. En el Oriente, empezó un despertar de la tecnología entre
los árabes, pero se hizo muy poco esfuerzo organizado para realizar
trabajo científico. Por el contrario, fue un período en el cual
individuos aislados hicieron nuevos descubrimientos y redescubrieron
hechos científicos conocidos antes.
Fue durante este período cuando se usó por primera vez la palabra Ingeniero.
La historia cuenta que alrededor del año 200 D.C. se construyó un
ingenio, una invención, que era una especie de catapulta usada en el
ataque de las murallas de defensa de las ciudades. Cientos de años
después sabemos que el operador de tal máquina de guerra era el
Ingeniator, el origen de nuestro título moderno: El Ingeniero.
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| Etapas de la Edad Media |
Las principales fuentes de potencia fueron la fuerza hidráulica, el
viento y el caballo, que se concretaron en las ruedas y turbinas
hidráulicas, los molinos de viento y las velas, las carretas y los
carruajes. Además se hicieron otros avances técnicos como el uso del
carbón de leña y el soplo de aire para fundir el hierro eficientemente.
Otro avance fue la introducción, desde China, del papel y la pólvora por
los árabes, así como las ciencias de la química y la óptica que ellos
desarrollaron.
Sin duda el uso del papel, la invención de la imprenta y la brújula,
junto con las posibilidades de navegación, contribuyeron a la dispersión
del conocimiento. El cristianismo hizo desarrollar la construcción en
expresiones tan maravillosas y sacras como las catedrales góticas y el
Islam las construcciones y mezquitas de los moros. los ingenieros
medievales elevaron la técnica de la construcción, en la forma de arco
gótico y los arbotantes, hasta alturas desconocidas por los romanos.
Como se ha establecido, los primeros ingenieros fueron arquitectos,
especialistas en irrigación e ingenieros militares. Uno de los primeros
cometidos de los ingenieros fue construir muros para proteger las
ciudades; debido al riesgo de recibir un ataque enemigo, el sentirse
protegido es una de las necesidades humanas básicas. Es justo pensar que
los antiguos arquitectos precederían a los ingenieros en la
satisfacción de esta necesidad. Sin embargo en el diseño y edificación
de estructuras de uso público (los edificios) se hizo necesario acudir a
las habilidades de la ingeniería.
En esos días la innovación de los inventos fue sumamente lenta en aquel
entonces, las necesidades militares y agrícolas tenían una mayor
prioridad. También por las limitaciones en el campo de la comunicación,
porque las distancias entre las poblaciones eran sumamente grandes y se
podría decir que fue realmente difícil el intercambio de conocimientos, y
muchos de los inventos tuvieron que volverse a inventar antes que
formaran parte del constante proceso evolutivo de la sociedad de esa
época. En cambio, las poblaciones aledañas a las rutas principales de
comercio desde China a España se desarrollaron mucho más rápido que las
demás regiones debido a que éstas les llegaba el conocimiento de
innovaciones desde otros lugares distantes.
Se puede definir esta época como la era de los inventos, ya que éstos
dieron inicio a la ingeniería. La ciencia y la Ingeniería han avanzado
mucho en los tres últimos siglos a pesar que su desarrollo se ve
obstruido antes del siglo XVIII debido a la persecución que se les dio a
los hombres de ciencia debido a la creencia de que eran brujos. Al
final, la ciencia y la ingeniería siempre se han codeado con las
verdades últimas.
Vías, puentes, canales, túneles, diques, puertos, muelles y máquinas se
construyeron en la Edad Media con un conocimiento que todavía pasma en
la actualidad. El libro de bosquejos del ingeniero francés Villard de
Honnecourt revela un amplio conocimiento de las matemáticas, la
geometría, las ciencias naturales y la artesanía.
De esos tiempos data una máquina tan maravillosa como el reloj mecánico,
que iría a influir tan marcadamente en la civilización moderna. En Asia
la ingeniería también avanzó con complejas técnicas de construcción,
hidráulica y metalurgia, que ayudaron a crear civilizaciones como la del
imperio Mongol, cuyas grandes y bellas ciudades impresionaron a Marco
Polo en el siglo XIII.
En el siglo XVIII ocurrió en Europa una gran erupción del desarrollo científico. En Francia e Inglaterra, el estudio del suelo era fundamentalmente agrícola y químico, mientras en Alemania y sobre las bases proporcionadas por la Geología, aparece una escuela para estudiar, definir e inventariar los suelos.
Una teoría sobre la génesis del suelo de la época indicaba que: “Los suelos se originan por alteración “in situ” de las rocas o por depósito de materiales alterados después del transporte”
los integrantes de esta escuela consideran que el suelo es el horizonte
superior de las rocas, dando a la palabra horizonte el significado de capa.
Hasta los tiempos modernos no había una distinción clara entre la ingeniería civil y arquitectura, y los términos ingeniero y arquitecto eran principalmente variaciones geográficas que aludían a la misma persona, y a menudo usados indistintamente. Inicialmente, la ingeniería civil fue desarrollada por la ingeniería militar hasta que en 1775 se da la transición en Francia, cuando gracias a que a mediados del siglo XVII, el rey emprendió un amplio programa de construcción de caminos, canales y sistemas de fortificación para las fronteras del territorio; se fundó la Ecole des Ponts et Chaussées, primera escuela de ingeniería de Europa fundada en 1747, seguida de la evolución a universidades técnicas a partir de las escuelas politécnicas en Austria y Alemania en el siglo XIX, y el establecimiento de escuelas politécnicas en Praga, Viena, y San Petersburgo.
En el siglo XVIII ocurrió en Europa una gran erupción del desarrollo científico. En Francia e Inglaterra, el estudio del suelo era fundamentalmente agrícola y químico, mientras en Alemania y sobre las bases proporcionadas por la Geología, aparece una escuela para estudiar, definir e inventariar los suelos.
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| John Smeaton (1724-1792) |
Hasta los tiempos modernos no había una distinción clara entre la ingeniería civil y arquitectura, y los términos ingeniero y arquitecto eran principalmente variaciones geográficas que aludían a la misma persona, y a menudo usados indistintamente. Inicialmente, la ingeniería civil fue desarrollada por la ingeniería militar hasta que en 1775 se da la transición en Francia, cuando gracias a que a mediados del siglo XVII, el rey emprendió un amplio programa de construcción de caminos, canales y sistemas de fortificación para las fronteras del territorio; se fundó la Ecole des Ponts et Chaussées, primera escuela de ingeniería de Europa fundada en 1747, seguida de la evolución a universidades técnicas a partir de las escuelas politécnicas en Austria y Alemania en el siglo XIX, y el establecimiento de escuelas politécnicas en Praga, Viena, y San Petersburgo.
El primer ingeniero civil autoproclamado fue el inglés John Smeaton, que construyó el faro de Eddystone en
1759. En 1771 Smeaton y algunos de sus colegas formaron la Sociedad
Smeatonian de Ingenieros Civiles, un grupo de líderes de la profesión
que se reunían de manera informal durante la cena. Aunque había pruebas
de algunas reuniones técnicas, era poco más que un grupo de sociedad.
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| Faro de Douglass al lado de la base del Faro de Eddystone, desmantelado en 1882 por erosión en la roca de fundación. |
En 1818 se fundó en Londres la Institución de Ingenieros Civiles, y en
1820 el eminente ingeniero Thomas Telford se convirtió en su primer
presidente. La institución recibió en una carta real en 1828, el
reconocimiento formal de la ingeniería civil como una profesión. En sus
estatutos se define como la ingeniería civil de la siguiente manera:
"... El arte de dirigir las grandes fuentes de energía en la naturaleza
para el uso y conveniencia del hombre, como los medios de producción y
del tráfico en los estados, tanto para el comercio externo e interno, al
aplicarse en la construcción de carreteras, puentes, acueductos,
canales, navegación fluvial y los muelles para la navegación interna por
energía artificial para propósitos de comercio, y en la construcción y
aplicación de la maquinaria, y en el drenaje de las ciudades y poblados.
". El primer pregrado en
Ingeniería Civil en los Estados Unidos fue otorgado por el Instituto
Politécnico Rensselaer en 1835. El primero título otorgado a una mujer
fue concedido por la Universidad de Cornell a Nora Stanton Blatch en
1905.
Es difícil dominar el arte de la Geotecnia sin una formación adecuada en
tres aspectos íntimamente relacionados: en el mundo de la práctica, que
es uno de sus pilares fundamentales, en la experimentación en
laboratorio e “in situ”, y el desarrollo de marcos conceptuales,
teorías y modelos. Todos estos aspectos van de la mano de un profundo
conocimiento de la Geología.
La ingeniería geotécnica es un área de la ingeniería civil interesada en
la roca y el suelo sobre los que se cimentan los sistemas de ingeniería
civil. El conocimiento de los campos de la geología, la ciencia de los
materiales y los ensayos, la mecánica, y la hidráulica; es aplicado por
los ingenieros geotécnicos para diseñar de manera segura y económica
cimentaciones, muros de contención y estructuras similares.
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Karl Terzaghi (1883-1963)
Padre de la Mecánica de Suelos
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Algunas de las dificultades singulares de
la ingeniería geotécnica son resultado de la variabilidad y de las
propiedades del suelo. Las condiciones de contorno están a menudo bien
definidas en otras ramas de la ingeniería civil, pero con el suelo,
definir claramente estas condiciones puede llegar a ser imposible. Las
propiedades del material y el comportamiento del suelo también son
difíciles de predecir debido a la variabilidad y la limitada
investigación. Esto contrasta con las propiedades relativamente bien
definidas del acero y concreto utilizado en otras áreas de la ingeniería
civil. La Mecánica de Suelos, que define el comportamiento de suelo, es
compleja debido a que las propiedades del material dependientes del
nivel de esfuerzos tales como el cambio de volumen, la relación
esfuerzo-deformación, y la resistencia.
La ingeniería geotécnica moderna fue desarrollada en la segunda mitad
del siglo XX, construida a partir de la obra de Karl Terzaghi, quien
expuso la filosofía de la Mecánica de Suelos en 1925.
De modo paralelo, a la Mecánica de Suelos, la Ingeniería de Fundaciones
evolucionó como una habilidad práctica que dependía en gran medida de la
observación empírica. Los pilotes de madera se habían utilizado desde
los tiempos antiguos, y una lectura de la Biblia deja en claro que la
necesidad de cimientos firmes era ampliamente reconocida.
El uso de los pilotes
en la construcción de cimentaciones fue documentado por el escritor
griego Heródoto en el siglo IV A.C.. Antiguos egipcios, griegos,
fenicios, romanos, chinos, mesopotámicos, y otras culturas utilizaron
los pilotes. En el Lago Constanza, situado entre Suiza y Alemania,
los arqueólogos se encontraron restos de pilotes de madera bien
conservados, que se estiman entre 2,000 y 4,000 años de antigüedad.
Estos pilotes soportaban las casas de los habitantes que las
construyeron en el lago para estar protegidos de ataques. Obras similares también se han encontrado en zonas lacustres de Escocia, Italia e Irlanda.
El Pons Sublicio (puente de pilotes) es uno de los más antiguos puentes romanos, y la construcción del puente apoyado sobre pilotes sobre el río Rhin, construido por el ejército de Julio César está bien documentada. Hace más de 1,300 años, la ciudad de Venecia fue fundada y construida sobre pilotes en el delta del pantano del río Po; Amsterdam fue fundada hace más de 1000 años, y se apoyó casi en su totalidad en pilotes hincados.
El Pons Sublicio (puente de pilotes) es uno de los más antiguos puentes romanos, y la construcción del puente apoyado sobre pilotes sobre el río Rhin, construido por el ejército de Julio César está bien documentada. Hace más de 1,300 años, la ciudad de Venecia fue fundada y construida sobre pilotes en el delta del pantano del río Po; Amsterdam fue fundada hace más de 1000 años, y se apoyó casi en su totalidad en pilotes hincados.
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| Puente romano sobre el río Rhin (actual Alemania) construido por orden del emperador Julio César en el año 55 A.C., sobre pilotes de madera y con una longitud de 300 m. |
Los antiguos fenicios construyeron puertos y muelles (como Tiro)
utilizando pilotes y métodos de construcción subacuáticos. Los griegos y
romanos utlizaron los pilotes para trabajos costeros en el Mediterráneo
y muchos otros sitios. Heródoto describió viviendas sobre pilotes en un
lago al norte de África. En Gran Bretaña se encontraron restos de
pilotes de madera de 3.0 m de longitud utilizados en un puete sobre el
río Tyne. Vitrubio en De Architecture, describió el uso de
pilotes recubiertos para la construcción de presas y otras estructuras
hidráulicas. Los ingenieros Romanos también desarrollaron el concreto y lo colocaron en los estribos de los puentes.
Los pilotes se siguen utilizando hoy en día como cimentaciones profundas
para soportar muchos tipos de estructuras de variadas condiciones
geológico geotécnicas en tierra o mar (en "A brief history of the application of stress-wave theory to piles". Mohamad H. Hussein y George G. Goble).
Varios problemas relacionados con la ingeniería de fundaciones, tales
como por ejemplo el caso de la Torre Inclinada de Pisa y la catedral
arzobispal de Riga, llevaron a los científicos a enfocarse en una base
más científica para examinar el subsuelo. Los primeros avances se
produjeron en el desarrollo de las teorías de empuje de tierra para la
construcción de muros de contención. Henri Gautier, un ingeniero
francés, reconoció la "inclinación natural" de los diferentes
suelos en 1717, una idea que más tarde se conoció como el ángulo de
reposo del suelo. También se desarrolló un sistema rudimentario de
clasificación de suelos sobre la base del peso unitario del material,
que ya no se considera un buen indicador del tipo de suelo.
La mecánica geotécnica clásica, comenzó en 1773 con la introducción de
la mecánica a los problemas del suelo por Charles Augustin de Coulomb.
Utilizando las leyes de la fricción y la cohesión para determinar la
verdadera superficie de deslizamiento detrás de un muro de contención
(introdujo los conceptos de resistencia friccionante y cohesiva de los
cuerpos sólidos que asumió aplicables a cuerpos granulares incluídos
aquí los suelos), Coulomb inadvertidamente definió un criterio de falla
para el suelo. Combinando la teoría de Coulomb con la de Christian Otto
Mohr (teoría de ruptura y círculo de esfuerzos, 1871) de un estado de
esfuerzos en 2D, se desarrolló la teoría de Mohr-Coulomb, una
construcción gráfica muy útil todavía utilizada hoy en día para
determinar la resistencia al corte de los suelos.
Otros desarrollos importantes durante este periodo incluyeron: la
definición de la conductividad hidráulica de Henry Darcy, la ley de
permeabilidad del suelo de Darcy y la ley de Stokes para la velocidad de
partículas a través de líquidos (1856), la teoría de distribución de
esfuerzos de Joseph Boussinesq (1885), la simplificación de la teoría de
empuje de tierras de Coulomb por el escocés William Rankine (1857) y el
ensayo de consistencia de las arcillas de Albert Atterberg. Es
importante anotar que en el siglo XVIII, el problema del diseño de muros
de contención ocupaba las mentes de científicos de la ingeniería como
Couplet, Coulomb y Rankine, pero practicantes de la ingeniería como
Benjamin Baker seguían sin estar convencidos de la validez general de
tales teorías, polémica saludable para revisar una y otra vez la validez
de tales teorías.
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| Charles Augustine Coulomb (1736-1806) |
La necesidad de analizar el comportamiento de los suelos surgió en
muchos países, a menudo como resultado de accidentes espectaculares,
tales como deslizamientos de tierra y fallas de cimentaciones.
Los comportamientos inesperados (a menudo catastróficos), con tintes
dramáticos y a veces trágicos, han sido una constante en el desarrollo
de la Geotecnia, la estabilidad de taludes se centra en el análisis de
las roturas, tan frecuentes que forman parte de la experiencia casi
cotidiana de cualquier profesional.
Las catástrofes geotécnicas más importantes siempre se han estudiado
atentamente en la comunidad científico-técnica porque ponen de
manifiesto los límites de las teorías, modelos y prácticas de proyecto o
constructivas.
A comienzos del siglo XIX en Inglaterra, Thomas Telford y John McAdam
construyeron caminos basados parcialmente en conceptos científicos. Uno
de los principios era el de elevar la fundación por encima del terreno
circundante de forma tal que el agua no pudiera ablandar la subrasante.
Los terraplenes tenían con frecuencia alturas hasta de 3.0 m (10 pies)
con pendiente máxima de los taludes de 3H:1V. La mayoría de los caminos
seguían el contorno topográfico en las áreas montañosas y esto originaba
constantes cortes y rellenos en donde las plataformas de drenaje eran
comunes.
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| Torre inclinada de Pisa (Italia) |
En Gran Bretaña, la Mecánica de Suelos moderna comenzó con las
investigaciones de la falla de la Presa Chingford a finales de 1930s, y
desempeñó un importante papel en el desarrollo del diseño de edificios
altos en el área de Londres por allá en los 1950s. En ambas
oportunidades estuvo involucrado el profesor Sir Alec Westley Skempton.
En los Países Bajos el deslizamiento de un terraplén
de ferrocarril cerca de Weesp, en 1918 dio lugar a la primera
investigación sistemática en el campo de la Mecánica de Suelos, por
parte de una comisión especial creada por el gobierno.
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| Deslizamiento cercano a Weesp (1918) |
El comité de investigación del desastre cerca de Weesp llegó a la
conclusión de que los niveles de agua en el terraplén del ferrocarril
aumentaron por la lluvia constante, y que la resistencia del terraplén
resultó insuficiente para soportar estas altas presiones de agua. Por lo
anterior, puede anotarse que muchos de los principios básicos de la
Mecánica de Suelos eran bien conocidos hasta ese momento, pero su
combinación con una disciplina de ingeniería aún no se había
completado.
Esto lleva a revisar cual ha sido el devenir histórico hasta llegar a la
práctica actual de la Geotecnia, que parte del desarrollo de la
Mecánica de Suelos, diferenciando cinco períodos principales, propuestos
por Alec Westley Skempton, en su artículo “A History of Soil Properties, 1717–1927” (1985):
- Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII. Período de evolución de la técnica ensayo - error.
- Período Pre clásico (1700-1776). Período preparatorio.
- Mecánica de Suelos Clásica - Fase I (1776-1856). Periodo de formación de la disciplina.
- Mecánica de Suelos Clásica - Fase II (1856-1910). Período de desarrollo en la formación de la disciplina.
- Mecánica de Suelos Moderna (1910-1927). Período de consolidación e integración de la disciplina de ingeniería geotécnica.
Los períodos propuestos por Skempton serán desarrollados en adelante por
capítulos, con algún grado de detalle en los aspectos considerados
relevantes en la comprensión del proceso evolutivo de la ingeniería
geotécnica, y que nos adentrará en un maravilloso viaje desde la cuna de
la civilización hasta darle la vuelta al mundo entero, y en donde el
ingenio del hombre siempre ha prevalecido.
La Mecánica de Suelos
El término "Mecánica de Suelos" comenzó a utilizarse después de una serie de artículos escritos por Karl Terzaghi que habían sido publicados en la revista 'Engineering News Record' (Skempton, 1979). La publicación del libro Erdbaumeckanik por Karl Terzaghi en 1925 marca el surgimiento de la Mecánica de Suelos clásica
con la introducción de la teoría del esfuerzo efectivo y, como tal,
Terzaghi es ampliamente considerado como el padre de la Mecánica de
Suelos. Posteriormente el término se incluyó en las Actas de la Primera
Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos, que se celebró en la
Universidad de Harvard publicado en 1936. El año también marca el
surgimiento de la Mecánica de Suelos como una disciplina de la
ingeniería civil que complementa la teoría de la estructuras e
hidráulica. A partir de entonces, muchas obras destacadas en Mecánica de
Suelos e ingeniería geotécnica se hicieron famosas por los ingenieros
como R.B. Peck, A. Casagrande, A.W. Skempton, A.W. Bishop, K.H. Roscoe,
G.G. Meyerhof, N.M. Newmark, L. Bjerrum y muchos otros que continuaron
el trabajo de Terzaghi.
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
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| Reconstrucción de la Visión del Mundo de Homero (antes del 900 A.C.) |
El estudio del manejo del suelo y las rocas por parte del hombre (conocido como geotecnología, por que dio lugar al desarrollo de instrumentos y técnicas para su práctica), es más antiguo que la civilización misma. Hace más de 10,000 años, mucho antes de la invención de la escritura o el uso de herramientas de metal, el uso de la agricultura y la construcción de grandes sistemas de irrigación puso a nuestros antepasados prehistóricos en contacto (y a veces en conflicto) con las complejidades del comportamiento de la ingeniería de suelos por primera vez. El conocimiento y comprensión del comportamiento y las propiedades del suelo y las rocas, se convirtió, y sigue siendo, una cuestión de necesidad práctica para su permanencia en la faz del planeta.
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| Reconstrucción del Mapa Más Antiguo Hasta Ahora Encontrado (6200 A.C.) de la ciudad de Catal Hyük en Anatolia. |
Por el año 9,000 A.C. se dio la revolución agrícola, que caracterizó el
periodo neolítico y en donde el hombre dejó de ser nómada y se asentó en
un lugar que le permitiese cultivar sus alimentos. Este lugar corresponde
a las montañas Zagros y la zona de Mesopotamia. Posteriormente, la
revolución agrícola comienza a aparecer en otras antiguas
civilizaciones: Hacia el año 6,000 A.C. en China, al 5,000 A.C. en
Egipto, al 4,000 A.C. en México y Perú, y hacia el año 2,500 A.C. en el
valle del Indo.
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| Montañas Zagros al suroeste de Irán |
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| Imagen satelital de la región de Zagros |
En este inicio de la Revolución Agrícola, el hombre neolítico debía reconocer ya algunas diferencias entre los suelos
demasiado húmedos, típicamente arenosos, etc., y conocer la influencia
de algunas técnicas agrícolas como la fertilización producida por la
adición de restos orgánicos y por el quemado de una zona de bosque o
matorral. También debía conocer a partir de la aparición de la cerámica
(entre los años 4,000 a 5,000 A.C. en Mesopotamia y Egipto), algunas de
las propiedades de los materiales: facilidad de cocción, propiedades de
plasticidad, contracción al secado, etc. Este conocimiento fue
posteriormente utilizado por los gobernantes para evaluar el valor de la
tierra y en consecuencia, el costo de los impuestos.
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| Cerámica egipcia |
Asignando al concepto de suelo una categoría utilitaria, se debieron
efectuar clasificaciones de suelos como buenos o malos o útiles. Así
aparece en China la primera clasificación conocida de suelos
(hacia el año 500 A.C.) en el libro Yugong, donde los suelos chinos
fueron clasificados en tres (3) categorías y en nueve (9) clases según
su capacidad de producir cosechas (evaluación de tierras), basadas en su
color, textura y características hidrológicas.
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| Ilustración de Yu Gong Yi Shan (China) |
El caractér utilizado por los chinos
para designar al suelo se parece al utilizado para representar al
hombre o al soldado, excepto que la línea inferior es más largo. La
línea inferior representa la tierra y la parte superior indica un terrón
de tierra. También es un apellido.
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| Caractér chino para "Suelo" |
Todas las civilizaciones han tenido símbolos para representar el hogar,
sus tierras, el planeta Tierra o el suelo, desde el comienzo de los
registros escritos. El símbolo de la Maya para la tierra muestra una
línea superior que representa el tiempo, los círculos son las fases de
la luna, y la línea ondulada es la energía creadora de vida de la
tierra.
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| Símbolo Maya para "Tierra" |
En el Antiguo Testamento Acsa, la hija de Caleb le habla a su padre de "tierra de secano y tierra de regadío"
(Josué 15, 19). Por tanto, las antiguas civilizaciones tuvieron una
interrelación muy grande con la agricultura y que en algunos casos, su
decadencia fue debida a la destrucción de la fertilidad de sus suelos.
Quizás el autor griego que mejor sintetizó las concepciones utilitarias y filosóficas sobre los suelos, fue Teofrasto (371-287 A.C.), discípulo de Aristóteles (384-322 A.C.) que fue botánico y filósofo. Se conservan de él dos obras "Investigaciones sobre las plantas" y un "Tratado de las causas de la vegetación". El filósofo definió al suelo como "el estómago de las plantas" y afirmó que "las plantas constan de los elementos tierra-agua". Su doctrina se admitió y continuó en estudio durante toda la Edad Media.
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| Teofrasto (Ereso, Grecia 371-287 A.C.) |
Plinio el Viejo hizo claras referencias a su uso de "On Stones" en su Naturalis Historia
del año 77 D.C., mientras trabajaba en la actualización y adquisición
de más información nueva disponible sobre los minerales. Aunque el
tratamiento de Plinio sobre el tema es más amplio, Teofrasto es más
sistemático y su obra es relativamente libre de la fábula y la magia. A
partir de estos dos textos tempranos habría de surgir la ciencia de la mineralogía, y en última instancia, la geología. Plinio es especialmente observador en el hábito cristalino y la dureza mineral, por ejemplo.
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| Plinio el Viejo |
En el año 1840 Von Liebig publica: "La química y sus relaciones con la agronomía",
donde distingue en el suelo la parte orgánica y la mineral,
considerando al suelo como una reserva pasiva de nutrientes para las
plantas. El autor observa que las plantas absorben sales minerales del
suelo y que el humus es un producto transitorio entre la materia
orgánica y las sales minerales. En el año 1842 se dio inicio a la
industria de los fertilizantes.
Hacia el año 4,000 A.C., las antiguas civilizaciones florecieron a lo
largo de las orillas de imponentes ríos, como el Nilo (Egipto), el
Tigris y el Éufrates (Mesopotamia), el Huang Ho (Río Amarillo en China),
y el Indo (India). En estos pueblos se contó con escritura y gobierno, y
con el tiempo se desarrollaría la ciencia. Se tiene conocimiento de
diques que datan de alrededor del 2,000 A.C., que fueron construidos en
la cuenca del río Indo para proteger la ciudad de Mohenjo-Daro y Harappa (en lo que se convirtió en Pakistán después de 1947).
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| Río Nilo (Egipto) (NASA) |
El antiguo nombre con el que se conoció Egipto - Kemet significa "fértiles suelos aluviales negros", mientras Deshret significa "tierras rojas desiertas".
Hacia el año 1,000 A.C., los diferentes suelos cultivables poseían
distinto costo en Egipto: Los suelos “nemhuna” costaban tres (3) veces
más que los suelos “sheta-teni”.
Menfis,
capital del nomo I del Bajo Egipto y de las Dos Tierras, fue
fundada según Heródoto en el 2,900 A.C. a 19 km de la actual El Cairo,
por Menes, quien realizó las obras de regulación del curso del Nilo,
protegiendo la localidad con un dique, y su sucesor Athothis fue quien
levantó los palacios de la ciudad. El nombre proviene de la helenización
de la voz egipcia Men-Nefer. La ciudad se llamaba, desde los tiempos de
Menes, Anbu-hey (muro blanco), como término indicativo del papel de
fortaleza rodeada de murallas situada estratégicamente. En esta ciudad,
el arquitecto real Kanofer (padre del ingeniero y arquitecto Imhotep),
construyó el muro perimetral.
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| Menfis |
Entre los años 2,000 a 3,000 A.C., la construcción de monumentos en Egipto, Mesopotamia, India y China representaron nuevos desafíos de ingeniería y arquitectura relacionados con los suelos y rocas, sobre todo en lo relativo a sus cimentaciones. Torres, pirámides y zigurats, muros urbanos de grandes dimensiones, templos con columnas, obeliscos, pagodas y otras estructuras surgieron como tributo a la creciente capacidad del hombre para dominar la tierra. Estas culturas también conocían acerca de la construcción de presas y diques en los suelos de las planicies de inundación.
En los siglos venideros, hacia el comienzo de la era cristiana, el
dominio Griego y Romano de puentes, carreteras pavimentadas, acueductos,
sistemas de alcantarillado y drenaje, muros de contención, presas de
tierra y otras estructuras, habían familiarizado a los ingenieros
antiguos, al menos en un sentido general, con casi todos los aspectos de
la ingeniería geotécnica. Hasta los comienzos rudimentarios de la
ingeniería sísmica datan de la antigua Grecia y la China Sung.
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| Sismógrafo Chino inventado por Zhang Heng (Dinastía Han. 132 D.C.) |
La tradición de valorar la tierra
de acuerdo a su capacidad de producción continuó desde los tiempos del
Yugong hasta siglos más recientes. Por ejemplo en Rusia, una exploración
sistemática del suelo rural se inició en el siglo XVI, cuando se
crearon libros especiales para evaluar el recurso suelo del Estado.
Estos libros fueron elaborados entrevistando a los campesinos sobre la
calidad y productividad de sus tierras, e incluyeron principalmente
algunas características básicas de los suelos como suelo arenoso pobre,
suelo arcillo-pedregoso, marga espesa, etc. Más adelante, en el siglo
XIX, la exploración se dio regularmente y datos perennes fueron
publicados en una serie de libros llamada "Materiales de Estadísticas de
Rusia", donde se listaban los nombres de suelos rurales. La serie
también se utilizó para preparar el primer mapa de suelos ruso, basado
en exploración etnopedológica.
Los aztecas
construyeron templos y ciudades enteras sobre los pobres suelos del
Valle de México mucho antes que los españoles arribaran al Nuevo Mundo.
Los arquitectos y constructores europeos de la Edad Media aprendieron de
los problemas de asentamientos de catedrales y grandes edificaciones.
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| Pirámide Azteca |
Las pirámides de Teotihuacan (México), nunca tuvieron la altura de
aquellas contemporáneas del área Maya, precisamente debido a la
conciencia de vivir en una región sísmica. El ángulo de construcción de
los taludes, cercano al de reposo natural de los materiales, permitió
que no se colapsaran las pirámides del Sol y de la Luna. En Teotihuacan
se construyeron pirámides como eco de los cerros que limitaban el
horizonte. Los taludes del Cerro Patlachique son el trasfondo de los
taludes de la Pirámide del Sol.
La Pirámide del Sol de Teotihuacan tiene aproximadamente 220 m de lado y
62 m de altura, con taludes de 36°. El Templo V de Tikal (Guatemala),
que requería sobresalir de la cubierta vegetal de la selva, tiene 59 m
por 46 m de base, y 62 m de altura. En comparación, la Pirámide de
Kheops en Giza (Egipto), tuvo una base cuadrada de 212 m, con una altura
entre 146 m y 150 m, y una pendiente de 52°.
La técnica constructiva de cajones de lajas de toba, en hiladas
horizontales y cuatrapeadas en ángulos, rellenos de barro y piedras, fue
utilizada en el Templo de Quetzalcóatl y la Pirámide de la Luna en
Teotihuacan. Esta técnica también provee de solidez a las estructuras
piramidales.
En otros sitios de Mesoamérica son frecuentes las subestructuras. En
ocasiones son producto de la reconstrucción obligada frente a una fase
de destrucción. Por ejemplo, en el Templo Mayor de Tenochtitlan (Ciudad
de México), la superposición de la fase IVB fue destruida por el sismo
ocurrido en 1475 D.C.
Como se ha presentado, a pesar de un sustancial linaje, la Ingeniería
Geotécnica como disciplina independiente y cuantitativa, como una
ciencia y como un arte, es una de las ramas más recientes de la
ingeniería en surgir. Su origen real se remonta al segundo cuarto del
siglo XX.
Antes de la aparición de la geotecnología moderna, todos los triunfos (y fracasos) de la ingeniería civil y la arquitectura se derivan esencialmente del conocimiento empírico: el conocimiento y la práctica provenientes de la experiencia, el ensayo y error, o de experimentación en campo en lugar de análisis teóricos o sistematizados. Los resultados fueron a menudo inútiles y en muchos casos desastrosos, los sucesores de todas las civilizaciones antiguas construyeron sobre sus ruinas.
Las primeras comunidades entendieron claramente ciertas relaciones matemáticas como algo fundamental para la construcción, pero parece que basaron su práctica real de la ingeniería estrictamente en la observación y los antecedentes. Los egipcios, por ejemplo, construyeron la gran pirámide de Keops sin conocer el número π, mientras que los griegos (entre otros) atribuyen poderes sobrenaturales a las piedras, el suelo y la materia inorgánica, una superstición comúnmente llevada a cabo hasta la Ilustración del siglo XVIII. El magnífico Románico y el aumento de las catedrales Góticas de la Edad Media, los imponentes castillos, e incluso el resurgimiento de los estilos clásicos en el Renacimiento, asimismo tampoco se basaron en conocimientos teóricos o premisas cuantitativas. Jean Kérisel, en su ensayo "The History of Geotechnical Engineering Up Until About 1700" en Proceedings of the Eleventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Golden Jubilee Volume (Rotterdam/Boston: A.A. Balkema, 1985), acerca de los comienzos de la geotecnología, lamentó que hasta 1700 los historiadores todavía "buscaban en vano cualquier ecuación matemática o fórmula de Mecánica de Suelos.".
MESOPOTAMIA Y BABILONIA
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| Mapa de Mesopotamia |
La cultura llamada del Obeid (hacia el 4,500 A.C.), previa a la civilización Sumeria, se desarrolló en lo que se podría llamar primer asentamiento urbano, Eridu (ubicada al SW de Ur y conocida en la Biblia por estar allí ubicado el "Jardín del Edén"),
la cual se sabe por restos arqueológicos que tenía gobernante y
templos, así como una gran cerámica, también construyeron canales,
aunque el camino más antiguo conocido hasta la fecha data del año 6,000
A.C. y corresponde a un andén utilizado por los primeros agricultores en
el Reino Unido.
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| Reconstrucción del Templo I (Eridu, Babilonia) por J. Kérisel |
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| Ruinas del Templo I (Eridu, Babilonia) |
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| Vista en Planta de Zigurat en Eridu (Babilonia) |
Los Sumerios en Mesopotamia (actual Irak) son la primera referencia sobre las construcciones piramidales, las zigurat
(ziqqurratu = torre escalonada), que situados en lugares principales de
sus ciudades, eran las puertas a los dioses. En la parte superior de
estas pirámides escalonadas en plataformas, construidas de adobe, existía un pequeño templo en el que se producía la conexión con el dios (arquitectura de los dioses). Las primeras verdaderas zigurats
fueron construidos por Ur-Nammu (2,112-2,095 A.C.), primer rey de la
tercera dinastía de Ur, en Ur, Eridú, Uruk y Nippur. La planta era
similar en todos ellos,con una base rectangular, tres escalinatas que se
cruzaban en ángulo recto y que conducían al templo alto.
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| Ladrillos de Adobe (barro crudo más paja secado al sol) de la ziqurat de Uruk. |
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| Zigurat en Ur (Mesopotamia) |
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| Zigurat de Ur (Estructura que contaba con una base de 62 metros x 43 metros, alcanzando una altura desconocida, aunque superior a los 15 metros que hoy se mantienen). |
En la ciudad de Babilonia ("Bab-ili", que quiere decir "Puerta de
Dios"), de planta cuadrangular, existía en su centro un zigurat que ha
pasado a la historia como la Torre de Babel.
Esta torre de planta cuadrada, era una construcción escalonada
realizada con miles de ladrillos de adobe, se accedía mediante rampas y
escaleras, y en su parte superior existía el templo en donde se producía
el ritual. Seguramente en relación con el sol y las estrellas.
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| La Torre de Babel, pintura al óleo sobre lienzo de Pieter Brueghel el Viejo |
Esta torre, fue posible gracias al conocimiento que de la construcción
tenían los arquitectos Sumerios, anteriores a los Egipcios, (quienes
recibieron la tradición de los Sumerios).
Los arquitectos Sumerios alcanzaron un elevado conocimiento de diversas
disciplinas para conseguir la correcta realización de sus ciudades y
templos. Al día de hoy se sabe que conocían la geometría, la aritmética,
la escritura, la astronomía, la astrología, la estática, la mecánica, y
para poder ejecutar sus proyectos debían de dominar lo que hoy
conocemos como aprovechamiento de recursos naturales y humanos.
Los Sumerios estudiaron las estrellas, dividieron el año en 12 meses,
determinaron los 12 signos zodiacales, las 12 horas del día y las 12
horas de la noche, los sesenta minutos de cada hora y los 360 grados del
circulo. Para los sumerios el 12 era el número del universo. Contaban
señalando con el pulgar las doce falanges de los otros cuatro dedos de
la mano, y marcaban los múltiplos de doce con los cinco dedos de la
otra, de modo que el mayor número que podían contar con los dedos era
60. Para ellos el número 12 se encontraba también en la mano del hombre.
La mano del obrero que construía la puerta a los dioses.
Los arquitectos Sumerios construyeron sus ciudades y templos en
ladrillos de adobe unidos por una masa de mortero y caña, millones de
ladrillos realizados con el único material que disponían en su tierra,
el adobe formado por arcilla y agua, materiales que son la fuente de su
cultura, y base de todas sus creencias. Los arquitectos Sumerios no
utilizaban la piedra, pues no disponían de ese material.
Las zigurats contaban con una base de ladrillo que las librara de los
destrozos de las inundaciones, y se conectaban con el suelo por medio de
largas rampas escalonadas. Los adobes eran recubiertos por ladrillos
para evitar su deterioro, que debía ser grande, pues una de las
principales funciones del rey será el mantener en perfecto estado estos
recintos, reconstruyéndolos una y otra vez. En su construcción ya se
observan paredes en talud (inclinadas) y con contrafuertes (que también
generaban una cierta articulación del muro por medio de luces y
sombras), así como drenaje para las aguas lluvias sobre las paredes.
Según algunas hipótesis, en sus plataformas se plantarían especies
vegetales, pudiendo ser el antecedente directo de los jardines colgantes de Babilonia.
Los Sumerios debieron enfrentar los problemas de cimentación derivados
de los materiales utilizados y la magnitud de las estructuras. Jean Kérisel interpretó los problemas de asentamientos y corrimientos de la siguiente manera:
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| 1 - Relleno 2 - Suelo Blando 3 - Temenos (plataforma de acceso al templo) |
La experiencia sumeria en la construcción de terraplenes los llevó
a utilizar refuerzo y drenaje del suelo con esteras tejidas de juncos
embebidas en mantos de arena entre los ladrillos:
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| Estera Tejida de Juncos |
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| Terraplén Reforzado |
Posteriormente, la región fue dominada por los asirios, quienes también a falta de roca, utilizaron la construcción en adobe y ladrillo con cimentación en piedra (a imitación de los sumerios). También emplearon el arco y los techos de bóveda.
Alrededor del año 2,000 A.C., los asirios lograron un avance
significativo en el transporte conocido hasta la fecha: Aprendieron a
domesticar y cabalgar en caballo, y siendo un pueblo guerrero,
obtuvieron una gran ventaja militar: inventaron la caballería.
GRECIA
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| Antigua Grecia |
Hacia el año 1,400 A.C., el centro del saber pasó, primero a la isla de Creta y luego a la antigua ciudad de Micenas, en Grecia.
Sus sistemas de distribución de agua e irrigación siguieron el patrón
de los egipcios, pero mejoraron los materiales y la técnica de
construcción. La historia griega comienza hacia el año 700 A.C., y al
periodo entre 500 a 400 A.C., se le llama “Edad de Oro de Grecia”, donde
se alcanzó una sorprendente cantidad de logros significativos en las
áreas del arte, filosofía, ciencia, literatura y gobierno.
Aproximadamente en el año 440 A.C., el general ateniense Pendes
contrató arquitectos para que construyeran templos en la Acrópolis, el
monte rocoso que domina la ciudad de Atenas. Un sendero por la ladera
occidental llevaba a través de un inmenso portal conocido como los Prolipeos,
hasta la cima. Las vigas de mármol del cielo raso de esta estructura
estaban reforzadas con hierro forjado, lo que constituye el primer uso
conocido del metal como componente en el diseño de un edificio.
Las escalinatas de acceso al Partenón, otro de los edificios
clásicos de la antigua Grecia, no son horizontales. Los escalones se
curvan hacia arriba, al centro, para dar la ilusión óptica de ser
horizontales. Este aspecto se considera en la construcción actual de
puentes, donde los que se curvan hacia arriba dan la sensación de
seguridad, en tanto que los horizontales parecen pandearse por el
centro.
Las antiguas estructuras fueron dirigidas por el “arquitekton”,
título atribuido a aquél que había cumplido un periodo como aprendiz en
los métodos prácticos de construcción de edificios públicos.
Mecánica, un breve manuscrito atribuido a Aristóteles de Estagira
(y a Estratón de Lámpsakos), fue el primer texto conocido de
ingeniería. En este documento se estudian conceptos tan fundamentales de
la ingeniería como la teoría de la palanca. También contiene un
diagrama que ilustra un tren de 3 engranajes mostrados como círculos, lo
que constituye la primera descripción conocida de engranajes.
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| Aristóteles |
La mayor aportación de los griegos a la geotecnia fue el desarrollo de
la ciencia. Platón y su discípulo Aristóteles, quizás sean los más
conocidos de los griegos por su doctrina de que hay un orden congruente
en la naturaleza que se puede conocer. Para la existencia de la ciencia
es necesario creer en un orden consistente, repetible en la naturaleza,
en forma de las leyes naturales. La obra de Aristóteles constituyó el
cimiento de la física durante los siguientes 2,000 años, en lo que se
conoce como Física Aristotélica.
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| Platón |
Aristóteles
decía que cada cosa tiende por naturaleza a cierta posición preferida.
Por ejemplo: Una piedra cae porque es natural que vaya al suelo, ya que
la piedra y el suelo tienen naturaleza parecida. Los movimientos que
observamos son precisamente su tendencia de ir allí. Aristóteles,
distinguía entre lo que llamaba movimientos naturales (p.ej el agua
bajando por un torrente) y movimientos violentos (p.ej. disparar una
flecha). En los movimientos violentos, producidos por los seres vivos,
creía que siempre debía estar actuando una fuerza. En el caso de la
flecha, la fuerza inicial la producía el arquero, pero luego creía que
lo que mantenía la flecha en movimiento era la fuerza del aire que la
empujaba constantemente desde atrás. Hasta Galileo (siglo XVII) esta fue la teoría aceptada.
Estrabón fue un geógrafo e historiador griego nacido en Amasia, ciudad
del Ponto (la actual Amasya, en Turquía) en el año 63 o 64 A.C. La fecha
de su muerte se sitúa entre los años 19 y 24 D.C. De él se conservan
únicamente algunos fragmentos de su trabajo histórico, sus Memorias Históricas, en 43 libros, complemento de la historia del griego Polibio, considerado como uno de los historiadores más importantes, por haber escrito la primer historia universal.
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| Estrabón (grabado del siglo XVI) |
En cambio sí se recoge casi por completo su magna obra Geographiká (Geografía),
la cual se fecha entre los años 29 A.C., en que da comienzo su periplo,
hasta el año 7 D.C.. Consta de 17 volúmenes de una descripción
detallada del mundo tal como se conoció en la antigüedad y poseen un
gran valor, sobre todo como informe, por sus propias y extensas
observaciones. Interesa señalar que el tercero de ellos lo dedica a
Iberia y lo que en él se dice fue recopilado de otras fuentes, sobre
todo de Posidonio, ya que Estrabón nunca estuvo en la Península Ibérica. En la Geografía puede verse un mapa de Europa.
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| Mapa de Europa de Estrabón |
Como geógrafo descriptivo rechazó la obra de los geógrafos matemáticos como Eratóstenes de Cirene o Hiparco de Nicea por su carácter puramente astronómico o cartográfico.
Esto le llevó a una despreocupación por las causas físicas de los
fenómenos naturales, centrándose en los aspectos humanos, la historia y
los mitos para componer un retrato de las gentes y los países que
estudiaba. Recientemente se confirmó una interesante teoría descrita por
Estrabón (aparentemente basada en tradiciones orales), respecto de que
el Puerto de Atenas alguna vez fue una isla.
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| Mapa del siglo V A.C. que muestra las murallas que unían la ciudad de Atenas con el puerto de Piraeus. Así Atenas se conectaba al mar |
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| Detalle del mapa. Al fin de la Guerra de Peloponeso los Espartanos exigieron su demolición |
Una de las razones por las que Grecia no pudo producir estructuras de
ingeniería de importancia comparable a las de las sociedades de las
cuencas hidrográficas fue la disminución en el uso de la fuerza laboral
de esclavos para lograr tales hazañas. Los griegos desarrollaron un
estudio llamado “hybris” (orgullo), que era una creencia en la
necesidad de leyes morales y físicas restrictivas en la aplicación de
una técnica dominada. Llegaron a creer que forzar a humanos y bestias
más allá del límite para reunir y transportar monolitos de varias
toneladas era inhumano e innecesario. Esos ejercicios deshumanizantes
habían llegado al máximo en Egipto, y aparecen en diversas fechas más
adelante en la historia, por ejemplo en Stonehenge en Inglaterra, 1,000
años después. Lo que los griegos no realizaron en ingeniería, lo
compensaron con creces en los campos del arte, literatura, filosofía,
lógica y política. La topografía, desarrollada por los griegos y luego
por los romanos, se considera como la primera ciencia aplicada en la
ingeniería, y será prácticamente la única como ciencia aplicada durante
los 20 siglos siguientes.
Los griegos intentaron emplear el orden disciplinado en las empresas
militares. Sus ejércitos marchaban a la guerra con todas sus tropas
debidamente uniformadas y llevando el paso marcado por flautas. Estaban
convencidos de que un frente sólido de lanzas y escudos era superior a
la precipitación de una turba. En la actualidad es difícil juzgar si fue
el orden disciplinado o el armamento de acero de sus soldados, por
primera vez, lo que los hizo superiores en las batallas. Obviamente, en
comparación con las armas de entonces de hierro forjado o de bronce, las
armas de acero ofrecían una ventaja considerable.
En el año 305 A.C., Demetrio produjo la más temible máquina de guerra de la época: el castillete,
un torre de ataque diseñada por el Eplmaco, de nueve pisos, con una
base cuadrada que medía entre 15.0 y 22.5 m por lado y una altura total
entre los 30 y los 45 m. Todo el equipo pesaba cerca de 82 toneladas,
tenía ocho inmensas ruedas con aros de hierro y lo empujaban y jalaban
3,400 soldados (acarreadores del castillete). Cada uno de los nueve
pisos contenía un tanque de agua y cubetas para apagar los fuegos que lo
incendiaran. Una de las defensas en contra de esa torre parece ahora
haber sido bastante perspicaz, consistente en prever la trayectoria que
seguiría la máquina y reunir aguas negras y de lavar, e incluso la
escasa agua de beber si era necesario, para vaciarla durante la noche
frente al camino y ablandar el suelo. Estos castilletes eran monstruos
muy poco maniobrables, de tal manera que si se arrojaba suficiente
líquido a la tierra y se daba tiempo para que penetrara el agua, la
torre se atascaba inevitablemente en el lodo. Este es un ejemplo antiguo
de la creencia común en los círculos militares contemporáneos de que
para cada arma ofensiva hay al menos un arma defensiva potencialmente
efectiva. El castillete fue un arma ofensiva muy usada durante años,
hasta que la invención del cañón hizo que las murallas perdieran su
efectividad como una línea de defensa.
Arquímedes (matemático y hábil ingeniero), realizó muchos
descubrimientos importantes en las áreas de la geometría plana y sólida,
tal como una estimación más exacta de y leyes para encontrar los
centros de gravedad de las figuras planas. También determinó la ley de
las palancas y la demostró matemáticamente. Mientras estuvo en Egipto,
inventó lo que se conoce como «el tornillo de Arquímedes», que
consiste en una hélice encerrada dentro de un tubo y que se hace girar
para levantar agua. Este dispositivo se usó extensamente siglos después
en los sistemas hidráulicos y en la minería. Arquímedes también fue
constructor de barcos y astrónomo. Típica de su inventiva fue una grúa
que instaló en uno de sus mayores barcos, con un gancho para levantar la
proa de pequeños barcos de ataque hasta vaciarlos de su contenido, para
después echarlos al agua de popa. Arquímedes fue una de las grandes
mentes de todos los tiempos.
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| Arquímedes |
Alrededor del año 300 A.C., Teofrasto, en su tratado "On Stones"
presentó un método para determinar la dureza relativa de minerales
comunes, el cual fue presentado siglos después, en el año 1812 por
Friedrich Mohs para determinar la dureza in-situ de minerales
desconocidos y encontrados en las excavaciones, aunque se han
desarrollado métodos mucho más precisos. La escala de dureza de Mohs fue
muy importante para decidir que tipo de instrumento de corte o
excavación utilizar en los proyectos mineros, y fue desarrollada
considerando minerales altamente disponibles a comienzos del siglo XIX.
En su tratado "On Stones", en la que Teofrasto clasifica las
rocas en función de su comportamiento cuando se calientan, agrupando
minerales por propiedades comunes, como el ámbar y la magnetita , que
tienen el poder de atracción. También comenta sobre el efecto de la
calor en los minerales y sus diferentes durezas.
Muchos
de los minerales más raros se encontraron en las minas, y menciona las
famosas minas de cobre de Chipre y las aún más famosas minas de plata,
presumiblemente de la región de Laurium cerca
de Atenas, y en las que se basó la riqueza de la ciudad, además de
referirse a minas de oro. Las minas de plata Laurium, que eran propiedad
del estado, eran usualmente arrendadas por una suma fija y un
porcentaje sobre la producción. Hacia el final del siglo V, la
producción se redujo, en parte debido a la ocupación espartana de
Decelia. Sin embargo, las minas se siguieron trabajado, aunque los
registros de Estrabón indicaron que solo las colas fueron trabajadas otra vez, y Pausanias habla
de las minas como una cosa del pasado. Los antiguos trabajos, que
consistieron en pozos y galerías para excavar el mineral, y las tablas
de lavado para extraer el metal, pueden verse todavía. Teofrasto
escribió una obra separada "On Minning" ("Sobre Minería"), que al igual que la mayoría de sus escritos, es un trabajo desaparecido.
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| Teophrastus |
Describe diferentes mármoles, menciona el carbón , que según él se
utiliza para calentar el metal para trabajarlo, describe los diversos
minerales metálicos, y sabía que la piedra pómez tenía un origen
volcánico. También se ocupa de piedras preciosas, esmeraldas y
amatistas, ónix, jaspe, etc., y describe una variedad de "Zafiro", que era de color azul con vetas de oro, que por lo tanto presumiblemente era lapislázuli.
Sabía que las perlas provenían de las ostras, que los corales procedían
de la India, y habla de los restos fósiles de vida orgánica. Teofrasto
hizo la primera referencia conocida al fenómeno de la piroelectricidad,
teniendo en cuenta que el mineral turmalina se carga cuando se
calienta. También considera los usos prácticos de varias piedras, tales
como los minerales necesarios para la fabricación de vidrio; para la
producción de diversos pigmentos de pintura, tales como ocre , y para la
fabricación de yeso. Discute el uso de la piedra de toque para
el ensayo de las aleaciones de oro y del oro, una propiedad importante
que requeriría que el genio de Arquímedes resolviera en detalle
cuantitativo cuando se le pidió investigar la presunta degradación de
una corona unos pocos años más tarde.
Muchos
de los minerales más raros se encontraron en las minas, y menciona las
famosas minas de cobre de Chipre y las aún más famosas minas de plata,
presumiblemente de la región de Laurium cerca
de Atenas, y en las que se basó la riqueza de la ciudad, además de
referirse a minas de oro. Las minas de plata Laurium, que eran propiedad
del estado, eran usualmente arrendadas por una suma fija y un
porcentaje sobre la producción. Hacia el final del siglo V, la
producción se redujo, en parte debido a la ocupación espartana de
Decelia. Sin embargo, las minas se siguieron trabajado, aunque los
registros de Estrabón indicaron que solo las colas fueron trabajadas otra vez, y Pausanias habla
de las minas como una cosa del pasado. Los antiguos trabajos, que
consistieron en pozos y galerías para excavar el mineral, y las tablas
de lavado para extraer el metal, pueden verse todavía. Teofrasto
escribió una obra separada "On Minning" ("Sobre Minería"), que al igual que la mayoría de sus escritos, es un trabajo desaparecido.
Grecia también cuenta con antecedentes de vulcanismo
catastróficos que han sido documantados. Akrotiri, en la isla de Thera
de tiempos minoicos (también conocida como Santorini), quedó sepulta por
entre seis y 60 metros de bombas volcánicas, pómez y ceniza, alrededor
de 1500 a.C. La erupción fue de tipo explosivo, con mucha eyección
de material candente. Probablemente se produjeron también tsunamis que
se abatieron contra los puertos de esas épocas. Los sismos que
precedieron y acompañaron esta erupción explosiva causaron estragos en
los palacios minoicos de Creta. Paralelamente, en Creta parece haber un
ciclo de destrucción de sitios importantes, como Zakro y Mallia.
En el Egeo existió una tradición tecnológica preventiva de sismos,
basada en las técnicas constructivas de edificios y viviendas. El uso de
piedra para el piso inferior de las construcciones proveía de firmeza,
seguridad y estatus. Los pisos superiores estaban edificados con
entramados de madera, con ingeniosas técnicas de apoyo, inserción y
conexión que, frente a sismos, permanecían intactas gracias a su
capacidad elástica.
La antigua civilización griega
utilizó zapatas aisladas y fundaciones continuas-y-combinadas para la
construcción de estructuras. Según San Isidoro, por ejemplo, los griegos
consideraban a Dédalo el inventor de la construcción de muros y techos,
que la había aprendido de la diosa Minerva.
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| Partenón en Atenas (447 A.C.) |
"Que nadie entre aquí si no es geómetra" es la frase que estaba
en el frontispicio de entrada a la escuela platónica. La geometría era
la base del arte de la construcción y de la arquitectura clásica y
constituía, según los griegos, el desarrollo de las ideas contenidas en
las formas geométricas, entendidas éstas en su aspecto puramente
cualitativo, de igual manera que en todas las tradiciones de las
civilizaciones en la historia antigua.
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| Teatro Griego de Epidaurus (siglo IV A.C.) |
La geometría es por excelencia la ciencia en la época clásica,
estrechamente relacionada con la ciencia de los números, ya que la
geometría es realmente el cuerpo del número, tal como pensaban los
pitagóricos, de una energía o fuerza en acción, de un poder divino que
al plasmarse en la sustancia receptiva del mundo y del hombre la
actualiza y la hace inteligible, esto es, la ordena al conjugar y
armonizar sus partes dispersas.
La geometría necesitaba de un proceso de iniciación para su conocimiento
y práctica. Podemos decir que como ciencia iniciática y sagrada tenía
el carácter de secreto para el profano. Los arquitectos griegos
alcanzaron un gran dominio de la geometría como disciplina aplicada a la
construcción en todos sus edificios.
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| Ruinas de Templo en Atenas |
Gracias a la geometría, los antiguos arquitectos griegos desarrollaron
gran habilidad en la construcción de cimientos aislados y cimientos
continuos y en mallas. Las imágenes evidencian que la antigua
arquitectura griega se basó en el uso de rocas talladas para la
construcción de sus templos, edificios, teatros y caminos.
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| Columnas Griegas |
En el Orden Dórico, la Basa (apoyo del fuste) descansa sobre la Krepis o Plataforma (sobrecimiento escalonado), conformada por el Estilóbato
y Estereóbato (arquitrabe al Estilóbato), construidos en bloques de
piedra tallada, que en general alcanzaba 1.0 m de espesor y la amplitud
dependía de la longitud del fuste de la columna.
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| Detalle del Cimiento de Columnas de Orden Dórico |
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| Krepis irregular para Adaptarse al Terreno en el Partenón (Atenas, 447 A.C.) |
Los órdenes Jónico y Corintio
mantenían básicamente la misma conformación estructural del Dórico,
soportados por un cimiento contínuo en bloques de piedra tallada a
manera de corniza.
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| Cimiento Continuo bajo Columnas Dóricas en Templo Griego |
Otro aspectos geotécnicos importante utilizado en la construcción de templos en la antigua Grecia es el uso de elementos sismoresistentes
a nivel del Estilóbato y Estereóbato, consistente en un gancho de
hierro que enlaza los bloques contiguos de piedra tallada y le aporta
resistencia al conjunto en el sentido largo de la base.
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| Ganchos para Sismo Resistencia |
En el Palacio de Beycesultan en Anatolia se aplicó aislamiento sísmico a
los elementos estructurales (columnas en madera) a nivel de la
cimentación.
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| Aislamiento Sísmico en Anatolia |
Como atrás se había comentado, también construyeron cimientos aislados
lo cual indica que conocían los efectos e implicaciones de la
concentración de esfuerzos sobre el terreno de fundación.
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| Cimientos Aislados en la Isla de Delos (Grecia) |
En la ciudad de Pérgamon se utilizaron enormes muros de contención y sobrecimientos en piedra, para la contrucción del Templo de Demeter.
El Partenón
Los 20 años de la democracia de Pericles en la ciudad de Atenas (450 y
430 A.C.), representan el apogeo de la civilización griega en todos sus
aspectos. Atenas es rica y poderosa, la democracia ha alcanzado su
desarrollo extremo gracias a la participación inteligente de los
ciudadanos y al liderazgo de Pericles quien decide invertir el "tesoro"
de la ciudad en obras trascendentes. Así, en el año 447 A.C., encomienda
al escultor Fidias la construcción de un conjunto de santuarios sobre
la Acrópolis ("ciudad alta") para reemplazar un templo anteriormente destruido por el enemigo Persa.
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| Acrópolis en Atenas |
De esta manera surge "El Partenón" como un templo griego de orden Dórico
situado en la Acrópolis de Atenas dedicado a la diosa Atenea. Fue
construido entre los años 447 y 432 A.C. por los arquitectos Iktinos y
Kalícrates bajo la supervisión de Fidias autor de la decoración
escultórica y de una gran estatua de Atenea en oro y marfil. Su
construcción constituye uno de los ejemplos más claros del saber en
geometría por parte de los matemáticos y arquitectos griegos.
Todos los detalles fueron cuidados en extremo, tomando en cuenta la
visión del espectador: Los espacios entre las columnas varían según su
colocación, e incluso algunas de éstas presentan inclinación. El
entablamento es relativamente ligero y el estilóbato es convexo. En él
se consiguió el efecto visual no deformado, para ello se construyó
deformado el propio edificio para conseguir el efecto visual
perfecto: (a) No dejaron la misma distancia entre columnas. (b) Las
columnas estaban abombadas en su centro. (c) La base estaba arqueada
hacia arriba. (d) El frontón también estaba arqueado.
 |
| Partenón |
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
La tierra,
uno de los elementos más abundantes en la Naturaleza, ya señalado por
los antiguos como uno de los cuatro (4) básicos que componen nuestro
inmemoriales como material de construcción. En su manejo y utilización
el análisis científico ha ido reemplazando, gradualmente, a las reglas
intuitivas, siendo el estado actual del conocimiento la suma de los
aportes de diversos científicos, físicos, matemáticos e ingenieros, que
desde el pretérito fueron forjando, sin saberlo, una nueva ciencia,
nutrida por sus investigaciones.
Revisando el concepto de suelo utilizado en la ingeniería geotécnica y expuesto en "Principles of Geotechnical Engineering" de Braja M., Das. California State University, Sacramento. 2006: "un
agregado de minerales no cementados, granos y materia orgánica
descompuesta (partículas sólidas) con líquido y gas en los espacios
vacíos entre las partículas sólidas"; en conjunto con la representación gráfica clásica de fases de la composición del suelo:
El filósofo, poeta y político griego Empédocles de Agrigento (Sicilia, 490 - 430 A.C.), postuló la teoría de las cuatro raíces, a las que Aristóteles más tarde llamó elementos, juntando el agua de Tales de Mileto, el fuego de Heráclito, el aire de Anaxímenes y la tierra
de Jenófanes las cuales se mezclan en los distintos entes sobre la
Tierra. Estas raíces están sometidas a dos fuerzas, que pretenden
explicar el movimiento (generación y corrupción) en el mundo: el Amor, que las une, y el Odio, que las separa. Estamos, por tanto, en la actualidad, en un equilibrio.
 |
| Empédocles de Agrigento |
En la geotecnia, se encuentran integrados los cuatro elementos esenciales de la Naturaleza: Aire (fase gaseosa), Agua (fase líquida), Fuego y Tierra
(fase sólida con minerales no cementados, granos y materia orgánica en
descomposición). De acuerdo a lo anterior y considerando los grandes
avances en el desarrollo de la ingeniería geotécnica en el siglo XX, sus
principios se basan en los mismos de aquella ciencia milenaria, en
permanente retorno a lo básico ("back to basics").
La palabra suelo, proviene del latín solum, que originalmente se refería a la planta del pie y proviene de la raíz indoeuropea swel, y se acepta como un término que se refiere a la superficie inferior de ciertas cosas. En la antiguedad se denominada solum a la superficie sólida de la Tierra y se consideraban tierra y suelo
como sinónimos, por lo que el concepto que el suelo era uno de los
componentes esenciales de cualquier materia u objeto permaneció por
muchos siglos.
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| El volcán Vesubio en erupción |
 |
| Dirección y alcance de la erupción del Vesubio |
Claro ejemplo del suelo originado en el Fuego, se encuentra en la erupción del Vesubio,
en 79 D.C., destruyó Pompeya y Herculano. El primer sitio estaba
construido sobre un flujo de lava. Había indicios de erupciones
anteriores, una de las cuales ocurrió hacia el siglo VIII A.C. Varias
villas destruidas se dedicaban al cultivo de vid, olivos, cereales,
vegetales y frutas. Hubo sismos severos hacia 62 D.C., y posteriormente
la erupción en 79 D.C., que causó varias muertes por asfixia. En Pompeya
perecieron más de 200 personas. En Herculano, los materiales volcánicos
fueron acarreados por torrentes de agua lluvia en tres avalanchas de
lodo que penetró en intersticios y se endureció, lo cual hizo
muy difícil su excavación.
El ingeniero geotécnico frente a un diseño, debe hacer uso de las
propiedades de los suelos, las teorías relacionadas con el diseño y su
propia experiencia práctica para ajustar el diseño a las condiciones de
campo. Debe enfrentar los depósitos naturales del suelo que soportan a
la fundación y a la superestructura por encima de ella. Los depósitos de
suelo en la naturaleza existen en una forma extremadamente errática, en
infinita variedad de combinaciones posibles, que afectan la elección y
el diseño de las obras geotécnicas. El ingeniero geotécnico debe tener
la capacidad para interpretar los principios de la mecánica de suelos
para adaptarse a las condiciones de campo. El éxito o el fracaso de su
diseño depende de cuan sintonizado esté con la Naturaleza. (Geotechnical Engineering - Principles And Practices Of Soil Mechanics And Foundation Engineering. Murthy V.N.S., 2002).
ETRURIA
Los etruscos
se ubicaron entre los cursos de los ríos Arno y Tiber, en el año 550
A.C. Crearon en Italia la más importante de las culturas anteriores a la
romana y fue el único pueblo que creó una civilización y un arte
evolucionado y bien determinado. Etruria fue siempre un pueblo marítimo,
dedicado intensamente al comercio, especialmente con el Oriente; esto
explica el nexo cultural que le une a Grecia durante todo el curso de su
historia. Durante los dos siglos siguientes, fueron cayendo en poder de
los romanos, una a una, las grandes ciudades etruscas. Finalmente, en
el último siglo de la república romana, año 82 A.C. el pueblo etrusco no
tardó en romanizarse.
Las distintas tendencias artísticas que abarcaron desde la época del
siglo VII, VI, V, en adelante, se influenciaron unas a otras debido a
las conquistas y al comercio. Las tendencias que marcaron el arte
etrusco son dos: la asiática y la griega. Como civilización, aunque su
estilo era muy original, tuvieron la desgracia “de no haber tenido nunca
tiempo de formarse”.
El alfabeto
romano fue desarrollado por los etruscos. Antes de que los romanos
llegaran al poder, los etruscos dominaron la península italiana durante
el I milenio A.C. y sirvieron de puente entre griegos y romanos.
“Etruria, a la par que educadora de Roma, fue la etapa intermediaria de la civilización en su marcha hacia el Oeste.
Los anales materiales de la República romana nos informan tal vez mejor
sobre el genio etrusco que sobre el de sus fundadores. La bóveda,
importada de Asia por los pelasgos y llevada a la Grecia primitiva por
la descendencia egea de éstos, fue traída a Roma por su descendencia
itálica. La Cloaca Máxima de Roma es obra de ingenieros etruscos
y constituye el intestino de la ciudad, la víscera orgánica en torno a
la cual habrá de instalarse su profunda materialidad, para crecer
paulatinamente y proyectar sus brazos de piedra sobre la totalidad del
mundo antiguo. Desde el siglo Vl (A.C.), el etrusco no se
conforma ya con donar a Roma su religión y su ciencia augural. Abre
también alcantarillas, edifica templos, eleva las primeras estatuas y
fragua las armas con que Roma ha de esclavizarlo. Funde el
bronce, y esos bronces ostentan una áspera fuerza, encauzada totalmente
hacia la mas intransigente expresión, rugosa y entera como la de
esfuerzo hermano al suyo. De hecho, las más originales manifestaciones
de su arte tienen siempre algo de heleno y sin duda, por su mediación,
de Asiria y de Egipto.” - Elie Fauré -.
Los etruscos no conocían el mármol y no utilizaban la piedra en la
construcción de sus viviendas. Estas eran de materiales más frágiles y
de fácil deterioro como la madera y el barro crudo o cocido, los
utilizaban porque eran más moldeables. La piedra se reservó para las
tumbas y construcciones militares. Es por esto que lo que pervive de la
arquitectura de este pueblo son documentos de las construcciones
sepulcrales, y algunos lienzos de fortificaciones destinadas a proteger
las ciudades.
Los templos eran construidos en madera, enriquecidos con revestimientos y
esculturas de bulto y en relieve realizadas en terracota, entre las que
se destacan las Antefijas, (cabeza insertada en el centro de una
aureóla o conchilla). A diferencia de los griegos, el edificio se erguía
sobre un alto podio.
 |
| Reconstrucción de un Templo Etrusco en Madera |
Lo que marca la diferencia fundamental entre los etruscos y los griegos es la introducción del arco para sustituir las pilastras y el arquitrabe. Esta novedad arquitectónica se transmite a la arquitectura romana.
 |
| Arco Etrusco en Perugia (Italia) |
EGIPTO
La civilización egipcia surgió en las orillas del río Nilo al noreste de
África, en una tierra fértil donde las inundaciones periódicas
inundaban la superficie con limo en forma de lodo entremezclado con
materia orgánica sobre el cual se cultivaba cereal. El aprovechamiento
de la dinámica fluvial y la localización estratégica permitieron
desarrollar un imperio por más de 3000 años.
 |
| Ubicación de Egipto |
La esperanza en el más allá condicionó una religiosoidad en el pueblo,
una gran sumisión al Estado, al orden social establecido y el culto a
los difuntos, generó un esplendoroso arte funerario.
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| Mapa de Egipto |
Los grandes edificios de Mesopotamia no estuvieron dedicados a sus
muertos, como en el caso de la civilización egipcia y sus pirámides,
sino a los vivos. Quizá la razón por la cual los zigurat sumerios no se
hayan conservado tan intactos a través del tiempo como las enormes
tumbas reales del Egipto Antiguo se deba a esta sustancial diferencia
entre ambas filosofías arquitectónicas. Mientras que las pirámides
fueron construidas para la inmortalidad, los templos mesopotámicos
respondían a las funciones de vida cotidiana de cada ciudad-estado.
A partir del año 3000 A.C. la civilización egipcia tuvo su desarrollo más importante, los reyes y los sacerdotes sumerios cesaron,
su civilización desapareció, pero los conocimientos de los Arquitectos
sumerios fueron transmitidos mediante la palabra a los Arquitectos
egipcios.
Imhotep
Los egipcios realizaron algunas de las obras más grandiosas de la
ingeniería de todos los tiempos, siendo una de las más antiguas el muro de la ciudad de Menfis, fundada
alrededor del 3050 A.C. por el primer faraón de Egipto, Menes, y
construido por el arquitecto real Kanofer. El muro se conocía como "muro
blanco" por el color de la piedra caliza utilizada para su
construcción.
Tiempo después de construir el muro, Kanofer, tuvo un hijo a quien llamó Imhotep, y que los historiadores consideran como el primer ingeniero cuyo nombre se conoce.
También médico, mago, astrólogo, escritor y filósofo, Imhotep
fue el autor de la primera pirámide para el rey Zóser El Magnífico. Fue
el artífice de una revolución trascendente de un alcance considerable,
puesto que fue el primer arquitecto en construir en piedra un conjunto
monumental tan importante como el de Saqqara (3a dinastía), donde se
encuentra la pirámide escalonada, realizada por la superposición de
mastabas similares a los zigurats sumerios.
 |
| Panorámica de Saqqara en el Bajo Egipto |
Imhotep fue el sucesor de los arquitectos sumerios; su figura completaba
la trilogía de rey, sacerdote y arquitecto. Como en toda la antigüedad,
su conocimiento de las leyes del universo permitía la conexión entre el
rey, representante de la tierra y el sacerdote, representante del
cielo. El arquitecto es el elegido para resolver el caos.
La grandeza de Imhotep debe ser atribuida a que como se indicó
anteriormente, los Sumerios no contaban con rocas y por lo tanto
desarrollaron su ingeniería exclusivamente en la arcilla. Los Egipcios
disponía de roca en grandes cantidades e Imhotep fue uno de los grandes
intérpretes de la construcción utilizando este material mucho más
perdurable.
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| Pirámide de Giza (2750 - 2500 A.C.) y Cantera con restos de extracción de bloques de roca. Al fondo, la Gran pirámide de Keops |
Imhotep
inventó la pirámide; las habilidades técnicas requeridas para su
diseño, organización y control del proyecto lo distinguen como una de
las proezas más grandes y antiguas de la humanidad. La construcción de
pirámides era realmente algo notable, considerando los escasos
conocimientos del álgebra, así como tampoco se conocían el tornillo ni
la polea,
Tras Imhotep los arquitectos egipcios realizaron las más completas
ciudades sagradas de la historia, sus templos, pirámides y conjuntos
monumentales son muestra de su altísimo conocimiento. Su tradición
transmitida en palabra de maestro a aprendiz a lo largo de los siglos
alcanzo un altísimo grado de sabiduría que permitió soluciones técnicas y
de gestión de recursos, tanto naturales como humanos, de los que hoy no
tenemos explicación. Los estudiosos actuales de sus construcciones no
consiguen una explicación satisfactoria de como se pudieron realizar las
pirámides,
ni como se pudo organizar su construcción. Ese conocimiento transmitido
de generación en generación se perdió. Los arquitectos posteriores solo
han podido vislumbrar parte de la sabiduría de sus antecesores.
En el antiguo Egipto
los sacerdotes se transmitían, de generación en generación, las
observaciones y registros, mantenidos en secreto, respecto a las
inundaciones del río, y estaban en condiciones, con base en éstos, de
hacer previsiones que podrían ser interpretadas fácilmente a través de
adivinaciones transmitidas por los dioses. Fue en Egipto donde nació la
más antigua de las ciencias exactas, la geometría que, según el
historiador griego Heródoto, surgió a raíz de exigencias catastrales
relacionadas con las inundaciones del río Nilo.
Egipto es la civilización donde el Arquitecto refleja su carácter
ARKHITEKTON, el primer obrero, el que sabe. No hemos podido aun hoy en
día recuperar la sabiduría perdida que los arquitectos egipcios
poseyeron.
Las Pirámides
Una vez aprobado el proyecto de construcción
de una pirámide, el arquitecto responsable ordenaba limpiar el terreno
de piedras y arena, de modo que aflorara la roca sobre la que debía
levantarse la inmensa obra. La preocupación por toda la carga estática
era evidente. La mejor prueba de la eficacia de esta cimentación es que
las pirámides "aún están de pie" después de tantos miles de años.
Sin embargo, los egipcios no previeron el efecto del continuo aumento
del nivel freático de las aguas del subsuelo que hoy día amenaza a
muchos de estos monumentos.
Simultáneamente al trabajo de cimentación, los escribas preparaban la
relación de las piedras necesarias tanto en lo que respecta al número
total como a las dimensiones de los diferentes bloques. Una copia de esa
relación se enviaba a las canteras, junto a la orden de comenzar los
trabajos.
Antes de iniciar la construcción era necesario localizar con exactitud
el norte, para poder orientar con precisión la pirámide. Después,
en muchas ocasiones, hubo que nivelar el terreno. En el caso de la
pirámide de Queops, fue la superficie de la plataforma de cimientos la
que se niveló con precisión, más que el lecho de roca (la base sólo
presenta un desnivel de 2,1 cm). Nivelado el terreno, comenzaba a
trabajarse en la galería que conducía a la tumba.
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| Cimentación de una Pirámide |
En Egipto existen aproximadamente 10.000 pirámides, donde la mayor fue
la del faraón Keops, conocida hoy día como la Gran Pirámide de Guiza,
que originalmente tenía 230.4 m de lado en una base cuadrada, y
originalmente medía 146.3 m de altura. Contenía unos 2'300.000 bloques
de piedra, de aproximadamente 1.1 toneladas en promedio cada uno. La
exactitud con que se orientó la base con respecto a la alineación
norte-sur, este-oeste fue de aproximadamente de 6 minutos de arco de
error máximo, en tanto que la base distaba de ser un cuadrado perfecto
por menos de 17.78 cm. Teniendo en cuenta el conocimiento limitado de la
geometría y la falta de instrumentos de ese tiempo, fue una proeza notable.
Cabe destacar que el único mecanismo que conocían era la palanca, ni la
polea ni el tornillo eran de su conocimiento, y el único mecanismo de
movimiento a gran escala era la palanca y el plano inclinado. El caballo
como bestia de tiro se vino a utilizar 1300 años después.
Una de las teorías predominantes
de cómo se erigieron las pirámides es que se construyeron planos
inclinados o rampas alrededor de la pirámide, hasta soterrarla. Al
llegar a la cúspide, siguió la tarea de desenterrar la pirámide, lo que
explica que con métodos simples, más una fuerza laboral ilimitada,
produjeron resultados asombrosos.
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| Panorámica de una Pirámide |
Comenzando alrededor de 2750 A.C., las cinco pirámides más importantes se construyeron en Egipto en un período de menos de un siglo (Saqqarah, Meidum, Dahshur del Sur y del Norte, y Keops).Esto plantea retos formidables en relación a las fundaciones,
estabilidad de taludes y construcción de cámaras subterráneas. Entre
los principales conceptos desarrollados con la construcción de los
monumentos se encuentran la elevada concentración de cargas, en Keops se
tenían 5'000.000 ton de roca distribuidas en 230.4 x 230.4 m
(aproximadamente 1000 kPa); y la elevada pendiente de los taludes de las
caras, en Keops 52° con una altura de 146.3 m.
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| Pirámides de Guiza |
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| Vista en Corte de Pirámide de Guiza |
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| Comparación de Pendientes de Talud en Pirámides y Presa. Pirámides de Keops (Egipto) y Pirámide del Sol (México) |
Los egipcios se cuentan entre los dibujantes más
antiguos de la historia. Los dibujos eran esenciales para el éxito en
la construcción de las pirámides, por lo que se plasmaron en papiro,
piedra e incluso madera.
Entre los principales elementos de geotecnología utilizados por los
Egipcios, para soportar sus pesadas estructuras fundadas sobre suelos
blandos, usaban cilindros de roca (pilotes) cuya superficie era alisada
para reducir la resistencia a la penetración. Para la construcción de
pozos de agua los Egipcios desarrollaron técnicas. El uso de caissons de
madera y piedra para la construcción de cimientos sobre suelos blandos
ya era conocida en Egipto en el año 2000 A.C. El frente de avance se
construía con un bloque redondo de caliza tallada con un orificio en el
centro y las paredes se revestían con madera o con bloques de piedra
tallada. La superficie externa del caisson se suavizaba para reducir la
resistencia a la penetración causada por la fricción (En Soil Mechanics and Foundations. B.C. Punmia, Ashok Kumar Jain, B.C. Punmia, Arun Kr. Jain. 2006). En el proceso de construcción de caissons muchas
veces los excavadores debían también ser buzos. Una vez finalizada la
excavación se inroducían los pilotes en roca tallada.
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| Construcción de pozo |
Los Materiales de Construcción en Egipto
El Barro
La ausencia de lluvia, la escasez de madera y una abundancia de sol
hicieron del adobe el material de construcción preferido en Egipto. El
barro arcilloso del Nilo mezclado con paja, resultó en ladrillos
sorprendentemente fuertes. Un ladrillo de barro sin paja secado al sol
tenía una fuerza menor de 6 kp/cm², la adición de paja dio como
resultado un ladrillo tres veces más fuerte (alrededor de 20 kp/cm²).
Mientras las aguas subterráneas no disolvían sus cimientos y las
inundaciones no los alcanzaban, los bien cuidados muros de ladrillos de
barro podían soportar por generaciones.
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| Fabricación de ladrillos |
En todos los lugares, durante un proyecto de construcción se utilizaban
moldes de ladrillo de igual tamaño, de entre 45 a 30 cm de de longitud y
20 a 15 cm de ancho. El tamaño del ladrillo fue estandarizado a, por
ejemplo, 30 por 15 por 7.5 cm durante el Imperio Medio. En Karnak los
ladrillos medían 40 por 20 por 15 cm, en el Período Tardío Naukratis
eran casi del mismo tamaño. Estas dimensiones indican que se acomodaban
en general, en hiladas en cruz (estilo Inglés). Sin embargo, también se
utilizaron aparentemente otros patrones de mampostería.
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| Estilo inglés de mampostería encontrado en una tumba del Valle de los Reyes |
Un fabricante de ladrillos de barro moderno puede producir entre 1000 y
2000 ladrillos por día. Se puede suponer entonces que los trabajadores
egipcios eran casi tan eficientes. El trabajo de cinco días era
suficiente para producir los 5000 ladrillos necesarios para una casa de
un piso de un trabajador, de 60 a 80 m² con paredes de 40 cm de espesor.
Pocos ladrillos de barro antiguos sobrevivieron, pero los que lo
hicieron pueden ser datados debido a que eran frecuentemente sellados
con el cartucho del monarca reinante.
No es de extrañar, dada la escasez de combustible, que los egipcios rara
vez utilizaran ladrillos secados al horno. Pero, una de las primeras
tumbas que se abrieron en Nebesheh fue construida de ladrillos rojos al
horno, que data de la Dinastía XIX de Egipto.
La Piedra
Sólo en los raros casos en que la piedra era más fácil de conseguir que
el lodo del río, la gente vivía en edificios de piedra. Incluso los
faraones vivían en palacios de ladrillo y la piedra se reservaba para
los muertos y los dioses.
La mayoría de piedra utilizada era caliza, relativamente suave cuando
está recién extraída y fácil de conformar (ser tallada), una
consideración muy importante cuando los cinceles eran de cobre o de
bronce y la más herramientas más duras disponibles eran martillos de
piedra diorita. Durante el Imperio Nuevo, el hierro se comenzó a usar,
pero el uso de instrumentos de hierro sólo se extendió hasta siglos más
tarde.
El granito, una de las rocas más duras, se utilizó en algunas ocasiones,
a veces a gran escala. Las grandes pirámides estaban cubiertas
originalmente con ella y los obeliscos, que pesan cientos de toneladas,
fueron esculpidos en granito.
El Mortero
Los antiguos egipcios no conocieron el yeso endurecido por fraguado con
cal inventado por los griegos, pero en su lugar utilizaron una mezcla de
yeso y cuarzo con pequeñas cantidades de cal cuando se trabajaba con la
piedra. Esto no fue tan desastroso en el clima seco de Egipto, como lo
que habría sido en unas condiciones más húmedas.
El mortero utilizado para adobes era básicamente el mismo material con
el que se fabricaban los propios ladrillos, pero en general no se añadía
materia orgánica. Se mezclaba poco antes de ser utilizado y se aplicaba
sólo entre las capas horizontales, y no se pegaban los ladrillos a lo
largo de sus juntas verticales.
La Madera
No se disponía de madera y por lo tanto la utilizaban con moderación.
Las puertas y ventanas estaban hechas de la misma, así como la parte
superior de los pisos. Las vigas más largas de madera que se podían
cortar tenían entre 3.0 - 4.0 m de longitud. Si el techo era más amplio
que eso, tenía que ser soportado con pilares de madera. Los únicos
árboles nativos de fácil acceso y con tallos rectos y lo suficientemente
largos para ser utilizados con este fin eran las palmeras, cuya madera
no es muy fuerte. En la parte superior de las vigas de madera se
colocaban tablas y se cubrían con una fina capa de tierra.
Cuando el edificio era abandonado, todas las partes de madera y piedra,
tales como puertas, dinteles, etc., eran retiradas para ser utilizadas
de nuevo en otras construcciones.
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| Casa de Djehutinefer |
Las Herramientas
Los capataces utilizan varas de medir, cuerdas, líneas de plomada y
conjuntos de cuadrados. El nivel del agua era desconocida, aunque su
principio fue entendido.
Los trabajadores tenían baldes y canastos para transportar el barro,
azadones para mezclarlo con paja y moldes de madera de tamaño estándar.
Las carretillas no se conocían y los ladrillos secos tenían que ser
transportados, por lo que un yugo era de uso frecuente.
Los constructores de alisado paredes con llanas (floats en
inglés) de diferentes tamaños. Había llanas grandes para la primera capa
rústica de yeso. Tenían un extremo biselado para trabajar en las
esquinas. La capa de fachada se alisaba con llanas más pequeñas y lisas.
Los mamposteros tenían su propio conjunto de herramientas de piedra,
madera y metal.
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| Llanas y plomada egipcias |
Los Cimientos
Los cimientos
de las construcciones egipcias eran a menudo sorprendentemente someros,
consistiendo en una zanja rellenada de arena, y con unas hileras de
tosca sillería en la parte superior (es probable que la arena tuviese a
la vez valores simbólicos y funcionales). Sólo en el período
grecorromano se emplearon cimientos sólidos de mampostería propiamente
dicha, muchos de ellos con los materiales de derribo de construcciones
anteriores demolidas para levantar otras nuevas.
Los edificios de piedra eran a menudo erigidos sobre superficies
rocosas. Cuando se debían construir cimientos, las zanjas de fundación
se llenaban primero con agua y las líneas horizontales resultantes se
marcaban en las paredes de la excavación. El agua era drenada y la zanja
se llenaba con arena hasta la marca. Luego se recubría con varias capas
de roca fracturada sobre la que se colocaban las losas de piedra que
formaban las paredes, y los pilares.
El pavimento en el templo de Osiris en Tell Tebilla se colocó sobre una
capa de 20 cm de espesor de arena. Los cimientos de los muros de Karnak
nunca avanzaron más allá de 2.0 - 3.0 m. En Luxor, cerc al río, las
paredes fueron construidas sobre tres capas de bloques de piedra cada
una de unos 80 cm de altura y los cimientos de ladrillo de las
columnatas en el Ramesseum tuvieron menos de 2.0 m de espesor.
La relativa debilidad de estas cimentaciones, las elevaciones en altura
de la capa freática y otras causas, llevaron al colapso de los edificios
más antiguos: El agua subterránea alcalina en Karnak disolvió la base
de arenisca de 11 enormes pilares que se derrumbaron el 3 de octubre de
1899. Estas fundaciones soportaron durante tanto tiempo gracias a la
ausencia casi total de lluvias, la composición del suelo y el sol que
calcina el terreno de Egipto por encima de la cota de inundación del
Nilo, casi a la dureza de la roca.
De acuerdo a la historia de los pilotes, los cedros del Líbano prácticamente desaparecieron exportados a Egipto para construir pilotes de cimentación.
Los Muros y Las Murallas
A lo largo de gran parte de su historia, los antiguos egipcios habitaron
en ciudades rodeadas de murallas, e incluso las aldeas eran a veces
amuralladas. A pesar de la ausencia de poderosos enemigos externos hasta
que el Tercer Período Intermedio, suficientes peligros los acosaron al
punto de invertir en la construcción y mantenimiento de fortificaciones.
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| Detalle de la Paleta Tehenu, Período Pre-dinástico Se observan las murallas y los enemigos: escorpiones y leones |
En la mampostería, el mortero se usaba muy poco. La técnica consistía en
colocar una hilada de bloques, nivelarlos en la parte superior y cubrir
la superficie con una ligera mano de mortero, cuyo objetivo primordial
era el de actuar como lubricante sobre el que se deslizaba y asentaba la
hilada siguiente. Las caras inferiores y probablemente las juntas
salientes de los bloques se labraban antes de su colocación.
Cada bloque se empotraba directamente en el inmediato, pues las juntas
saliente no siempre eran verticales ni formaban ángulo recto con la
superficie. Incluso un solo bloque formaba a veces un ángulo interior, y
los niveles de las hiladas horizontales quizá se mantenía solo en una
distancia corta. En las juntas horizontales, por detrás de la
superficie, a veces se colocaban abrazaderas de madera para proporcionar
una mayor solidez o para prevenir deslizamientos mientras se colocaba
el mortero.
El propósito principal
de toda la compleja técnica de las juntas era probablemente reducir al
mínimo los materiales de desecho y aprovechar al máximo el volumen del
bloque. Los ángulos de los bloques se cortaban a medida cuando se
montaban, pero la superficie principal se dejaba sin labrar.
Es probable que los egipcios trabajasen sin instrumentos mecánicos de
elevación; el método básico para elevar pesos consistía en enterrar el
muro que se estaba construyendo en un montón de escombros. Esa rampa se
iba continuando hasta que los muros alanzaban toda su altura. Las
piedras se desbastaban, o bien desde las rampas a medida que se iban
desmantelando éstas, o desde andamiajes de madera, que probablemente se
utilizaban en una fase posterior para labrar la decoración en relieve.
Las varias fases del trabajo de construcción frecuentemente avanzaban a
la vez, de modo que podían trabajar simultáneamente los canteros, los
proyectistas, los enlucidores, los tallistas de los relieves y los
pintores. Como la mayoría de los templos egipcios no llegó a terminarse
nunca, el estado en que quedaron los edificios inacabados quizá se
consideró normal.
Desde tiempos pre-dinásticos, las victorias eran a menudo descritas por
los egipcios como conquistas de las ciudades y la demolición de sus
murallas. Las guerras contra los vecinos, y posiblemente contra los
extranjeros, fueron frecuentes hasta la unificación y pacificación del
país. Estas volvieron a estallar cuando el poder central decayó después
de la 6a dinastía, y los monarcas comenzaron a competir por la
hegemonía.
Incluso bajo gobiernos estables, los egipcios nunca se sintieron
completamente seguros. Bandas de beduinos fueron atraídos a los ricos
asentamientos del valle del Nilo y nunca existieron fuerzas policiales
lo suficientemente fuertes como para impedir por completo sus
incursiones. Por lo tanto, construyeron sus viviendas como pequeños
fuertes, rodearon sus ciudades con murallas y levantaron fortalezas en
lugares de importancia estratégica.
Las Viviendas Particulares
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| Vivienda urbana con ventanas enrejadas |
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| Maqueta en barro de una Vivienda rural |
Los Obeliscos
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| Obelisco Egipcio |
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| Proceso de erección de un obelisco |
Una Antigua Obra de Ingeniería que Falló
De acuerdo a los hallazgos, en el 2600 A.C. (justo después de finalizada
la primer pirámide en Saqqara) los Egipcios construyeron la Presa Kafara
(en la localidad de Wadi Al-Garawi a 30 km al sur de El Cairo) durante
15 años, la cual fue destruida por lluvias intensas poco después de su
terminación y por lo cual no se construyeron más proyectos de este tipo.
La presa combinaba la estabilidad de los enrocados y la impermeabilidad
de un núcleo central. Tenía entre 12 - 14 m de altura, 84 m de base y
56 m de ancho en la cresta y una longitud de 113 m.
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| Reconstrucción de la Sección de la Presa Kafara |
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| Enrocado del Hombro Aguas Abajo de la Presa Kafara |
Los enrocados de los hombros estaban conformados por bloques de caliza
escalonados, sin mortero ya que los Egipcios no tenían experiencia en la
técnica de sellado de la base y la cara de la presa para evitar la
percolación a través y bajo la estructura. El agua erosionó gradualmente
cavidades más grandes y desarrolló trayectorias hasta desencadenar el
colapso de la presa de 600,000 metros cúbicos de capacidad. Se desconoce
si la presa contaba con vertedero, que habría permitido pasar el exceso
de agua con seguridad por encima de la misma. Probablemente no lo tuvo y
el derrame de agua en cascada a capacidad completa, erosionó la cara
aguas abajo y contribuyó a su rápido colapso.
Otra teoría indica que durante el proceso de construcción no se ejecutó un desvío del río
del sitio de presa y la obra fue destruida durante una de las raras y
muy intensas inundaciones que pretendía controlar. Las consecuencias de
ésta falla debieron ser tan graves que los Egipcios dejaron de construir
presas durante ocho siglos.
La Construcción de las Pirámides
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| Heródoto de Halicarnaso (484 A.C. - 425 A.C.) |
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| Papiro de Heródoto de Halicarnaso |
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| Reconstrucción de Mapa del Mundo descrito por Heródoto |
El historiador Heródoto (450 A.C.) describió el proceso de construcción de las pirámides según relato de sacerdotes Egipcios:
" En cuanto a la pirámide, se gastaron en su construcción veinte
años: es una fábrica cuadrada de ocho pletros de largo en cada uno de
sus lados, y otros tantos de altura, de piedra labrada y ajustada
perfectamente, y construida de piezas tan grandes, que ninguna baja de
treinta pies.
La pirámide fue edificándose de modo que en ella quedasen unas gradas o poyos que algunos llaman escalas y otros altares.
Hecha así desde el principio la parte inferior, iban levantándose y
subiendo las piedras, ya labradas, con cierta máquina formada de maderos
cortos que, alzándolas desde el suelo, las ponía en el primer orden de
gradas, desde el cual con otra máquina que en él tenían prevenida las
subían al segundo orden, donde las cargaban sobre otra máquina
semejante, prosiguiendo así en subirlas, pues parece que cuantos eran
los órdenes de gradas, tantas eran en número las máquinas, o quizá no
siendo más que una fácilmente transportable, la irían mudando de grada
en grada, cada vez que la descargasen de la piedra; que bueno es dar de
todo diversas explicaciones. Así es que la fachada empezó a pulirse por
arriba, bajando después consecutivamente, de modo que la parte inferior,
que estribaba en el mismo suelo, fue la postrera en recibir la última
mano.
En la pirámide está notado con letras egipcias cuánto se gastó en
rábanos, en cebollas y en ajos para el consumo de peones y oficiales; y
me acuerdo muy bien que al leérmelo el intérprete me dijo que la cuenta
ascendía a 4.600 talentos de plata. Y si esto es así, ¿a cuánto diremos
que subiría el gasto de herramientas para trabajar, y de víveres y
vestidos para los obreros, y más teniendo en cuenta, no sólo el tiempo
mencionado que gastaron en la fábrica de tales obras, sino también
aquel, y a mi entender debió ser muy largo, que emplearían así en cortar
la piedra como en abrir la excavación subterránea? "
Heródoto de Halicarnaso. Libro II. Euterpe. Cap. CXXIV-CXXV.
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| Construcción de las Pirámides según Heródoto |
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| Máquinas de Izado de Rocas según Heródoto |
En otro libro Heródoto también hace referencia a las Pirámides:
" Diez fueron, como digo, los años que se emplearon en la
construcción de esa calzada (procesional) y de las cámaras subterráneas
de la colina sobre la que se alzan las pirámides, cámaras que, para que
le sirvieran de sepultura, Keops se hizo construir –conduciendo hasta
allí un canal con agua procedente del Nilo– en una isla. "
Heródoto, Historia, Libro II, 124
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| Interpretación del método de izado de bloques de roca descrito por Heródoto, por H. Starub-Roessler |
Esto conduce a la más reciente teoría sobre la construcción
en la cual el arquitecto francés Jean-Pierre Houdin expuso en abril de
2007 la teoría, según la cual las piedras de la Gran Pirámide de Guiza
fueron transportadas por una rampa exterior tradicional hasta una altura
de 45 metros (similar al proceso utilizado en las zigurat). Desde ahí
los bloques eran subidos por una rampa en espiral, montada dentro de la
propia pirámide. Según Houdin: «el túnel (sic) seguiría existiendo hoy
en día. y esta hipótesis podría dar veracidad a las narraciones de
Heródoto y Plinio el Viejo reflejando relatos de cámaras subterráneas de
la pirámide (sic), siendo quizás la famosa Tumba-isla.»
Otras investigaciones han demostrado que el interior de las pirámides
se encuentra construido con bloques prismáticos de roca tallados,
apilados de manera ordenada pero irregular (algo caótica), recubiertos
de una fachada regular (alisada). En el caso de la Pirámide de Meidum
(2750 A.C.) el proceso de construcción
tuvo varias etapas siendo las principales la construcción de una
pirámide escalonada que contaba con una fachada lisa (con taludes de 74°
de inclinación) la cual posteriormente fue recubierta con bloques de
piedra hasta alcanzar la forma piramidal clásica y una mayor altura.
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| Interior de la Pirámide de Meidum (2750 A.C.) Vista originada en deslizamiento en una de las caras |
Otro caso geotécnico destacable es el de la Pirámide de Dahshur,
originalmente planeada para tener caras a 60° pero debido a problemas en
el suelo de cimentación (una arcilla rígida) debió ser replanteada a
caras con dos inclinaciones: la inferior a 54,5° y la superior a 43,5°.
Los problemas geotécnicos detectados fueron: Efecto de punzonamiento y
asentamientos diferenciales que condujeron a agrietamientos y
deslizamiento de la cara lateral.
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| Deslizamiento de la cara lateral en la Pirámide de Dahshur |
Las lecciones aprendidas de las experiencias previas permitieron
desarrollar conceptos de interacción suelo - estructura que fueron
aplicados en la Pirámide de Keops como el confinamiento horizontal en la
base de las caras mediante el uso de un tacón, típico de muros de
contención.
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| Confinamiento lateral en Pirámide de Keops |
ISRAEL
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| Antiguo Mapa de Israel |
Salomón, tras recibir en el sueño las instrucciones de JHWH (Yahvé), al
respecto de iniciar las tareas de construcción del Templo, las emprende
siguiendo las instrucciones dadas por el viejo profeta Natan. Para
comenzar estos trabajos Salomón, que gobierna un pueblo de pastores
trashumantes, no asentados y, por lo tanto, no instruidos en el arte de
construir, recabará los esfuerzos de un hombre versado en estas artes y,
por ello, lo reclamará de allí donde estos oficios son casi sagrados y
sirven al poder para mejor expresar su esplendor: de Egipto. En señal
del pacto, Salomón casará con la hija del faraón Saimón, que se
desplazará a vivir en Jerusalén conservando su religión y levantando con
ello las primeras críticas de los levitas al nuevo estado de las cosas
en Israel.
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| Representación del Templo de Salomón |
El emperador egipcio designó a un experimentado arquitecto de nombre
Hiram-Habib (Hiram el Fundidor) para el trabajo de construir el Templo
en Jerusalén. Ese arquitecto que viene de Egipto está instruido en las
técnicas de la cantería, el arte de fundir metales, los secretos de la
geometría y conoce de los modos de organización en los capataces,
maestros, albañiles y aprendices, debió ocultar su verdadera
nacionalidad y la escondió bajo la lengua y los modos de un fenicio,
país vecino y amigo de los israelitas (a nivel popular existía gran rivalidad entre Israelitas y Egipcios).
La edificación se levantó en una explanada del monte Moriah
entre los años 969 y 962 A.C. Es significativo que el lugar sagrado de
edificación de este templo haya sido el escenario, según la tradición
judía, de notables episodios anteriores, como el frustrado sacrificio
del hijo de Abraham, el célebre sueño de la escalera celestial de Jacob o
los rituales del enigmático rey Melquisedec. El relato de I Reyes
ofrece abundantes descripciones sobre las medidas y características
particulares del Templo.
Todo detalle parecía crucial para un espacio sagrado en el que se iba a custodiar nada menos que el Arca de la Alianza,
de tal manera que a la vista de la suntuosidad que rodeaba la corte no
es de extrañar que el espacio a ocupar por el objeto sagrado, el santo
de los santos, estuviera recubierto de oro fino, con un altar de cedro
revestido del mismo material, oro que según el texto bíblico llegó a
recubrir el templo en su totalidad. Dos querubines de olivo silvestre
con una envergadura alar de cinco metros cada uno se tocaban por un
extremo de sus alas mientras que por el otro rozaban los muros.
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
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| Templo Jonsu |
Antes del siglo XVIII, la experiencia adquirida en la construcción de
obras de ingeniería o arquitectura no se acumulaba en libros, ni se
abstraía en complejos cálculos, sino que aparecía evidenciada en los
ejemplares conservados por el simple hecho de seguir en servicio
demostrando su eficacia, es decir, su adecuación a todas las funciones
que tenían que cumplir.
ARKHITEKTON
"El obrero del primero, el que sabe cómo construir el templo"
Arquitecto según la significación griega
(άρχιτέκτων), es el que conoce la técnica para la construcción del
templo. Los griegos recogían con este término la tradición de los
directores de las obras, principalmente de carácter religioso (carpinteros de dios), que provenían de las culturas fenicias, egipcias y sumerias.
El templo establece en la tierra un "centro" a partir del cual se
refunda el cosmos, rememorando así el acto divino de la creación y
construyendo los límites del espacio que, en virtud del rito, pasa a ser
sagrado.
El arquitecto griego era un profesional apreciado y cualificado que no
sufre el desprecio que sentía la sociedad por los trabajadores manuales
ya que, como justifica el propio Platón, no era un obrero sino que solo
mandaba en ellos y era poseedor de una ciencia teórica (Hellmann, M-C.
(2002). L’Arquitecture Grecque. 1. Les principes de la construction. Picard.). Era el responsable de la proportio,
la proporción y armonía de la obra pero no de la elección de los
materiales ni de la calidad de la ejecución (Fiches, J.L. (2000). “Maître d’oeuvre et maître d’ouvrage”. L’aqueduc de Nîmes et le Pont du Gard. París: CNRS Ed.).
Se desconoce si los arquitectos romanos tuvieron una consideración
social baja al tratarse de un trabajo vinculado a numerosos artesanos
que, según Cicerón (104-43 A.C.), “desempeñan un oficio vil"; la
“officina” (taller) no parece conciliable con la condición de hombre
libre"; Plutarco (46-119) expresa una idea parecida ya que escribe que
"el trabajo realizado con las manos, siempre es despreciable".
Vitruvio sí
valora esta profesión que quizá desempeñó en tiempos de Augusto (siglo I
A.C.), y la defiende al quejarse del intrusismo que la invadía, pues se
hallaba "vejada por ignorantes e inexpertos que no solamente son arquitectos ni siquiera aun albañiles". El arquitecto era el que elaboraba el proyecto de una obra, la forma (Laporte, J.-P. (1997). “Notes sur l’aqueduc de Saldae (Bougie, Algérie)”.
Caesarodunum, tome XXXI : Les aqueducs de la Gaule Romaine et des
regions voisines. Limoges: Édité R.Bedon.), que posiblemente incluía
planos pintados con anotaciones (picta et adnotata), el presupuesto y
las instrucciones para hacer las obras cumpliendo diversas y estrictas
normas de disposición (Vitruvio III,I), constructivas e incluso
urbanísticas, cuando eran aplicables y que conocemos por el tratado De
aedificiis privatis que reúne las normas dictadas por Zenón, a finales
del siglo V, para la ciudad de Constantinopla. En ella se incluían
sanciones de tipo económico en caso de incumplimiento que afectaban no
solo al propietario de la obra, que además tenía la obligación de la
demolición, sino también el arquitecto, el maestro constructor, el
ergolabus, y el opifex que era el operario que la ejecutaba (Malave
Osuna, B. (2000). Legislación urbanística en la Roma Imperial. A propósito de una Constitución de Zenón.
Universidad de Málaga.). También al arquitecto romano tuvo que asumir
obligaciones y correr el riesgo de sanciones, como las demandadas por el
propio Vitruvio (X,I) para su aplicación en Roma, similares a las que
marcaba la antigua ley de Éfeso, por la cual los arquitectos, por
ejemplo, debían responder con sus bienes a cualquier desfase
presupuestario en la ejecución de una obra que superase la cuarta parte
de su coste inicial. Este tipo de obligaciones ayudarían, según este
autor romano, a conseguir que solo ejerciesen la profesión personas
competentes, y a evitar los graves perjuicios económicos que sufrían sus
conciudadanos. Los arquitectos romanos también tenían misiones que
ejercían en la contratación de la obra, en su replanteo y durante la
ejecución, como el cuidado de los obreros, la recepción de los
materiales, la verificación de los trabajos realizados por los maestros y
especialistas que debían estar conformes con el proyecto, la recepción
de los trabajos acabados y el libramiento de las autorizaciones de pago.
Facilitaba al constructor los pormenores y detalles del proyecto por
medio de dibujos, mientras que para darle la idea y grandes líneas de la
obra se ayudaba de una maqueta a escala, la paradeigma griega,
realizada con madera o arcilla cocida, que también facilitaba el trabajo
de los canteros, albañiles y escultores.
Estas técnicas de modelado (dibujo y maqueta) son utilizadas hoy día con gran éxito en todas las investigaciones geotécnicas.
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| Templo Egipcio |
Arquitectura e ingeniería
son dos profesiones diferentes, pero proceden de un tronco común, que
es la arquitectura según la definía Vitrubio, o los tratadistas del
Renacimiento. Pero como en toda actividad humana, el progreso del
conocimiento hace éste cada vez más complejo y obliga a la
especialización. El progreso en el arte de construir que se produjo
durante la Revolución Industrial, debido a la aparición de nuevos
materiales y al origen del conocimiento teórico del comportamiento
resistente de las estructuras, llevó a la disociación de las dos
profesiones.
El Pantheon de Roma, las bóvedas del románico o del gótico, o las
cúpulas del Renacimiento son básicamente expresión de su estructura
resistente. Sin embargo no había un conocimiento científico de su
comportamiento; fue fundamentalmente un conocimiento empírico el que
permitió llegar a obras tan extraordinarias como las romanas, las
románicas y las góticas. Hasta el siglo XX, el conocimiento teórico de
las estructuras ha ido por detrás de las realizaciones. Sorprende y
produce admiración la audacia y capacidad de empresa de algunos
ingenieros del siglo XIX que contaban con unos conocimientos teóricos y
unos medios de construcción muy inferiores a las obras que hacían.
Esta pertenencia de la arquitectura y la ingeniería a un tronco común,
que es el arte de construir, hace que en muchos casos sean
complementarias, y en otros, el límite entre ambas sea difícil de
definir. Hay obras de arquitectura que no requieren la intervención de
un ingeniero, e igualmente obras de ingeniería que no requieren
arquitecto. Sin embargo hay muchas obras donde deben trabajar juntos. No
siempre este trabajo en común estará equilibrado, porque la
participación de uno y otro estará condicionada por el tipo de obra. En
algunos casos el trabajo del ingeniero será secundario respecto del
arquitecto y en otros casos será al contrario. Un ingeniero puede
proyectar la estructura resistente de un edificio de viviendas de diez
pisos, pero su incidencia en el conjunto de la obra será mínima. Por
otro lado un arquitecto puede intervenir en el proyecto de una presa,
pero su intervención en el proyecto será secundaria, si bien puede ser
importante en su fisonomía final. Esto hace que no sea simétrica la
participación del ingeniero en las obras de arquitectura respecto de la
del arquitecto en las obras de ingeniería.
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| Columna que contiene el Código de Hammurabi |
El rey de Babilonia Hammurabi (también se usan transliteraciones como
Hamurabi, Hammu-rapi o Khammurabi) (1722-1686 A.C. según la cronología
breve o 1792-1750 A.C. según la cronología media, e incluso 1810-1750
A.C.), de la estirpe de los amorreos, sexto de la primera dinastía
babilónica y sucedido por Samsu-Iluna; pensó que el conjunto de leyes de
su territorio tenía que escribirse para complacer a sus dioses. A
diferencia de muchos reyes anteriores y contemporáneos, no se
consideraba emparentado con ninguna deidad, aunque él mismo se llama «el
favorito de las diosas».
El Código de Hammurabi fue tallado en un bloque de basalto de unos 2,50 m
de altura por 1,90 m de base y colocado en el templo de Sippar;
asimismo se colocaron otros ejemplares similares a lo largo y ancho del
reino. El objeto de éste código era homogeneizar jurídicamente el reino
de Hammurabi. Dando a todas las partes del reino una legislación común,
se podría controlar al conjunto con mayor facilidad.
El Código de Hammurabi,
creado en el año 1760 A.C. (según la cronología media), es uno de los
conjuntos de leyes más antiguos que se han encontrado y uno de los
ejemplares mejor conservados de este tipo de documento creados en la
antigua Mesopotamia y en breves términos se basa en la aplicación de la
ley del Talión a casos concretos.
En las culturas del Próximo Oriente Antiguo son los dioses quienes
dictan las leyes a los hombres, por eso, las leyes son sagradas. En este
caso es el dios Samash, el dios sol, dios de la Justicia , quien
entrega las leyes al rey Hammurabi de Babilonia (1790-1750? A.C.), y así
se representa en la imagen que figura sobre el conjunto escrito de
leyes. De hecho, antes de la llegada de Hammurabi al poder, eran los
sacerdotes del dios Samash los que ejercían como jueces pero Hammurabi
estableció que fueran funcionarios del rey quienes realizaran esta
trabajo, mermando así el poder de los sacerdotes y fortaleciendo el del propio monarca.
El código de leyes unifica los diferentes códigos existentes en las
ciudades del imperio babilónico. Pretende establecer leyes aplicables en
todos los casos, e impedir así que cada uno "tomara la justicia por su
mano", pues sin ley escrita que los jueces hubieran de aplicar
obligatoriamente, era fácil que cada uno actuase como más le conviniera.
Respecto del oficio de Arquitecto (responsabilidades del constructor), el Código de Hammurabi indica en las leyes 228 a 233:
228 - Si un arquitecto hizo una casa para otro y la terminó, el hombre le dará por honorarios 2 siclos de plata por SAR de superficie.
229 - Si un arquitecto hizo una casa para otro, y no la hizo sólida, y si la casa que hizo se derrumbó y ha hecho morir al propietario de la casa, el arquitecto será muerto.
230 - Si ella hizo morir el hijo del propietario de la casa, se matará al hijo del arquitecto.
231 - Si hizo morir al esclavo del dueño de la casa, dará al propietario de la casa esclavo como esclavo (un esclavo equivalente).
232 - Si le ha hecho perder los bienes, le pagará todo lo que se ha perdido, y, porque no ha hecho sólida la casa que construyó, que se ha derrumbado, reconstruirá a su propia costa la casa.
233 - Si un arquitecto hizo una casa para otro y no hizo bien las bases, y si un nuevo muro se cayó, este arquitecto reparará el muro a su costa.
Entre otras recopilaciones
de leyes similares a la de Hammurabi se encuentran el Códice de
Ur-Nammu, rey de Ur (2.050 A.C.), el Códice de Eshnunna (1930 A.C.) y el
Códice de Lipit-Ishtar de Isín (1870 A.C.). Ellos también crearon leyes
como la 205 que se trataba de que si el esclavo de un hombre golpea en
la mejilla al hijo de un hombre, que le corten una oreja.
LA INGENIERÍA MILITAR
La ingeniería militar es una ciencia tan antigua como la guerra. Desde
Sumeria hasta nuestros días pasando por Egipto o Asiria, los grandes
imperios han pretendido contar en sus filas con los mejores ingenieros,
capaces de sacarle el máximo partido a los recursos disponibles e
incluso inventar otros nuevos.
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| Soldados Romanos Construyendo un Fuerte (Vittorio Raineri) |
Buena parte de los técnicos y, en ocasiones la propia mano de obra que
intervenían en las obras públicas formaban parte del ejército, pues era
la única institución oficial que podía darles una buena formación, una
eficaz organización y la provisión de los medios materiales (Galliazzo,
V. (1994). l Ponti Romani. 2 tomos. Venecia: Edizione Canova.) (Février, P-A. (1979). L’armée romaine et la construction des aqueducs.
Dossiers d’Archéologie, nº 38. Dijon: Ed. Faton.). Este personal
técnico era enviado, de modo individual o colectivo, desde Roma o desde
las unidades militares acantonadas en un lugar más o menos próximo a la
obra, atendiendo la demanda de sus servicios solicitados por
instituciones, cargos imperiales o ciudadanos influyentes. La actividad
constructiva de los soldados era, además de un trabajo de nulo o bajo
coste que abarataba la construcción, una buena manera de mantener
ocupada la tropa en tiempos de paz.
Hoy día se distingue entre la ingenieria civil y la militar:
ambas se encargan de cosas similares, pero las obras militares muchas
veces son temporales, y sus técnicas de construcción están dominadas por
la necesidad de la rapidez y la movilidad. Sin embargo, esta distinción
entre lo civil y lo militar no existía en la primera época de Roma,
durante la república, ni tampoco en la mayoría de las ciudades-estado.
Cuando estallaba la guerra, los campesinos se convertían en soldados,
pues en Roma no existió un ejército profesional permanente hasta las
reformas de Cayo Mario, cónsul en el 10 A.C.
Luego, con el Imperio, que comenzó en el 31 A.C., después de la batalla
de Accio, el ejército permanente paso a hacerse cargo de muchos
proyectos de ingeniería, aunque, en un principio, sólo los puramente
militares. Hacia principios del siglo II D.C., el ejército romano ya
había absorbido a gran parte de los mejores topógrafos e ingenieros del
Imperio, y contaba con un cuerpo de artesanos especializados, los
llamados fabri, que trabajaban bajo las órdenes del praefectus fabrum.
Las obras públicas habían llegado a depender en buena medida de los
conocimientos de ingeniería de los militares y de su experiencia
práctica.
La idea de los proyectos de construcción romanos surgía de la aristocrácia o del Senado, aunque se podía pedir al Populus Romanus
(pueblo romano) que apoyara las propuestas votando en las Asambleas. El
proyecto podía ponerse en manos de una comisión senatorial, o de un
hombre en particular que ocupara el cargo electivo de censor, también
estaban los ediles, magistrados electos de rango inferior, que eran
responsables del mantenimiento de las obras públicas. Todos los que
ocupaban estos cargos eran políticos, no funcionarios civiles con un
sueldo fijo.
A finales de la República, se habían llevado a cabo tantas obras
públicas que la responsabilidad de algunas había dejado de recaer en los
magistrados tradicionales para pasar a manos de hombres que
desempeñaban cargos creados especialmente para ello. Entre estos nuevos
cargos se encontraban el Curator Aquarum (director de los sumnistros de agua) y el Curatur Viarum (director de las calzadas).
Luego, bajo el Imperio, se empezó a emplear un sistema muy diferente, ya
que todo el poder real se concentraba en la figura del emperador. El
primer precedente lo sentó Augusto, que en el año 20 A.C., se nombró a
sí mismo Curator Viarum. A partir de entonces, cualquier gran
proyecto de construcción, aunque fuera sugerido por un gobernador
provincial, por el Senado, o por la asamblea de una ciudad, tenía que
conseguir primero la aprobación del emperador.
El emperador nombraba también a los curadores, eligiendo a hombres cuya
capacidad ya hubiera sido comprobada y que estuvieran dispuesto a
dedicar todo su tiempo a la tarea. No obstante, durante toda la historia
de Roma los ingenieros profesionales no eran más que consejeros, pues
los proyectos los dirigía siempre un político o un administrador.
El capítulo V del Libro I de Vitruvio (siglo I A.C.), correspondiente a "Construcción de murallas y torres" el autor indica:
" … Por tanto, siguiendo estas normas conseguiremos unas condiciones favorables de salubridad para construir las murallas. Cuando se hayan elegido terrenos fértiles para la alimentación de la ciudad, cuando se logre un transporte fácil hacia las murallas bien mediante caminos protegidos, o bien por la situación ventajosa de los ríos, o bien por puertos de transporte marítimo, entonces deben excavarse los cimientos de las torres y murallas, de modo que se ahonde en tierra firme, si se puede encontrar, y con una profundidad que guarde relación con la magnitud de la construcción, siempre de un modo razonable; su grosor será más ancho que el de las paredes que se vayan a levantar sobre tierra y la cavidad que quede se rellenara con un compuesto lo más sólido y consistente posible. Igualmente, las torres deben elevarse por encima de los muros, con el fin de que desde las torres, a derecha y a izquierda, los enemigos puedan ser heridos desde ambos lados con armas arrojadizas, cuando intenten acercarse violentamente a la muralla. Sobre todo, debe ponerse la máxima precaución en que el acceso para asaltar el muro sea difícil; se ha de pensar la manera de rodear el perímetro con precipicios de forma que los corredores hacia los portalones no sean directos, sino orientados hacia la izquierda. … "
Sugiere Vitruvio entonces el concepto de excavar en el terreno de
cimentación para reducir los esfuerzos aportados por la sobrecarga,
aprovechando la historia de esfuerzos e inspeccionar los materiales
sobre los cuales se apoyarán las murallas, para seleccionar los más
competentes. Y respecto de la interacción suelo estructura añade:
" … Así pues, tanto la muralla como los cimientos y - todas las paredes que se vayan a levantar, tendrán la anchura del muro y, unidas de esta forma, no se estropearán ni corromperán durante mucho tiempo. …" y " … Las fortificaciones del muro y de las torres resultan mucho más seguras y eficientes si las amplificamos con toda suerte de materiales, de tierra de relleno, pues ni los arietes, ni las minas, ni las máquinas de guerra son capaces de dañarlas. No debe utilizarse tierra de relleno en cualquier lugar, sino únicamente en lugares que estén dominados por algún montículo por el exterior desde donde, con toda facilidad, hubiera acceso para atacar las murallas. En tales lugares deben cavarse unas fosas que tengan la mayor anchura y profundidad posible; posteriormente se excavarán los cimientos de la muralla dentro de la cavidad de la fosa, con una anchura suficiente para soportar sin dificultad toda la presión de la tierra. … Cuando los cimientos guarden entre sí esta distancia, entre ellos se colocarán otros transversales, unidos al muro exterior y al interior y colocados en forma de peine, como dientes de una sierra. Actuando así, el peso de la tierra quedará dividido en pequeñas partes y el volumen total no podrá deshacer los cimientos de la muralla bajo ningún concepto. … "
Las legiones romanas practicaban un sistema de castramentación (arte de construir campamentos) tan completo y acabado que aun hoy admira a cuantos se ocupan del arte militar. Este sistema, fue heredado de los Etruscos, y en sus primeras épocas (era monarquica) eran regulares en planta, y atrincherados, las tiendas se distribuían sin orden y eran como cabañas. Según Frontino, los romanos de inicios de la República se agrupaban en cabañas por cohortes, y sólo después de derrotar al rey Pirro del Épiro y capturar su campamento adoptaron esta práctica copiando el modelo. Sin embargo, Plutarco asegura que Pirro quedó asombrado por la apariencia del campamento romano al percatarse de que la disposición del campamento de aquellos barbaros, no era bárbara. En tiempos de paz se utilizaban los campamentos como centro de disciplina, escuela del arte de la guerra y hasta hospitales. Para la construcción de estos campamentos se aplicaba la ciencia augural y se daba enorme importancia al estudio de la castramentación constituida como una ciencia en lo siguiente:
- Por su trazado
- Por su defensa
- Por la elección del emplazamiento
- Para instrucción de las tropas legionarias
- Distribución de los trabajos de atrincheramiento
- Se estudiaba las disposiciones y métodos de confección
- Albergaban las mejores condiciones posibles para el descanso de los legionarios
- Se utilizaba como medio de permanencia de esas legiones cuando los planes se posponían o cambiaban el plan de operaciones.
Estaban tan bien trazados, que un legionario tenía el recuerdo vivo de la ciudad que vivía y conocía. Dentro del campamento todas sus disposiciones y sus calles semejaban su ciudad natal y sabía en todo momento en que vía estaba, o en que tienda estaba para descansar, y a que punto debía acudir en caso de ataque, por que puerta marcharía a la batalla y no eran posibles ni errores ni desordenes incluso en un ataque nocturno. Esta disposición regular del campamento romano fue respetada durante siglos de forma escrupulosa y casi religiosa.
A los diversos jefes de las legiones romanas (Praetorium, Quaestorium, Tribunos, etc.) siempre se les dio el mismo emplazamiento con sus tiendas, y se ejecutaban los mismos atrincheramientos y se conservaban las mismas denominaciones aunque la razón de ellas no existieran.
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| Distribución típica de un campamento romano |
Básicamente seguían un esquema rectangular, rodeados por un foso (fossa); con la tierra extraida se levantaba un terraplén (agger), encima del cual se construía un muro (vallum) de madera si el campamento era provisional, o de piedra y madera si era de larga duración.
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| Corte del área de defensa |
Cada campamento se dividía mediante dos calles principales: la via principalis en sentido norte a sur, y la via decumana, en sentido oeste a este.
Además habían cuatro puertas: decumana, praetoria, principalis dextra, y principalis sinistra. Los campamentos podían ser de dos tipos: los utilizados para pasar el invierno (castra hiberna) y los de carácter permanente (castra stativa); de estos últimos acabaron evolucionando nucleos urbanos, debido a que en muchos casos se iban instalando familiares de los legionarios y comerciantes.
LOS CIMIENTOS DE LOS TEMPLOS
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| Fundación de Templo Antiguo en Baalbek |
En el Capitulo 4 del Libro III (De Architectura. Siglo I A.C.), titulado "Los cimientos de los templos",
Vitruvio especifica lo que puede considerarse como el primer código de
construcciones (que data de la Antigüedad Clásica) que incluye
específicamente el suelo de fundación de los templos romanos
recomendando utilizar cimientos superficiales o profundos según sea el
caso:
" Si es posible encontrar un terreno solido, la cimentación de estos edificios se excavara sobre terreno firme en una extensión que se ajuste proporcionalmente a las exigencias del volumen de la construcción; se levantara la obra lo mas solida posible, ocupando la totalidad del suelo firme.
Se erigirán unas paredes sobre la tierra, debajo de las columnas, con un grosor que sobrepase en la mitad al diámetro de las columnas que posteriormente se levantaran, con el fin de que las inferiores, que se llaman esterobatae (en su sentido etimológico significa el apoyo firme y solido en el que descansa una columna) por soportar todo el peso, sean más solidas que las situadas encima de ellas.
Los resaltos de las basas no sobresaldrán mas allá de la base; debe mantenerse con la misma proporción el grosor de las paredes superiores. El espacio que quede en medio se abovedara o bien se consolidara mediante relleno, con el fin de que todo quede bien compactado.
Si, por el contrario, no se encuentra un terreno solido sino que es de tierra de relleno en gran profundidad, o bien, si se trata de un terreno palustre, entonces se excavara, se vaciara y se clavaran estacas endurecidas al fuego de álamo, de olivo, o de roble y se hundirán como puntales o pilotes, en el mayor número posible, utilizando unas maquinas; entre los pilotes se rellenara el espacio con carbones; así, quedaran llenos los cimientos con una estructura muy consistente.
Una vez dispuestos los cimientos, deben colocarse a nivel los estilóbatos. Se levantaran las columnas sobre los estilóbatos, como anteriormente dijimos, según se trate de un templo picnostilo, sístilo, diástilo o éustilo. No obstante, en los templos areostios queda toda la libertad para que cada uno establezca las medias como guste. En los templos perípteros se colocaran las columnas de manera que los intercolumnios de los lados sean el doble de los intercolumnios de la fachada o frente, y así su longitud será el doble que su anchura.
En efecto, los arquitectos que han levantado doble numero de columnas, se han equivocado porque da la impresión que en su longitud hay un intercolumnio más de lo que debe ser.
En la fachada, las gradas o escalones deben ser siempre impares, pues al empezar a subir se coloca el pie derecho sobre el primer escalón y solo así el pie derecho será el que pisara el escalón más alto, a ras de suelo del templo. En mi opinión, la altura de las gradas o escalones no debe ser ni más de un palmo de diez pulgadas ni menos de un palmo de doce pulgadas: así su ascenso será suave. El ancho de las gradas no debe ser menos de un pie y medio, ni mayor de dos pies. Si han de hacerse escalones en torno al santuario, respétense estas medidas. Pero si se va a construir una plataforma que rodee el santuario por tres lados, debe guardar proporción con los plintos, con las basas de las columnas, fustes, cornisas, cimacios respecto al estilóbato situado bajo las basas de las columnas.
Es conveniente nivelar el estilóbato de modo que tenga un aumento por su parte central mediante plintos desiguales, pues si está completamente allanado dará la impresión que esta ahondado o acanalado. Al final del libro describiremos la estructura y la figura para lograr unos plintos que guarden la conveniente correspondencia."
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| Construcción de templo romano tallada en piedra |
Respecto de recomendaciones para la selección de los materiales a utilizar como pilotes Vitruvio en el Libro II, Capítulo 9 "La madera" indica:
" El aliso (álamo negro), que crece junto a las orillas de los ríos, aparentemente su madera es escasamente aprovechable, pero sin embargo condene extraordinarias cualidades. En efecto, posee gran cantidad de aire y de fuego, relativamente poca tierra y menos todavía agua. Enraizados en terrenos pantanosos, como cimientos, y clavándolos como estacas para edificar sobre ellos, recogen la humedad de la que están faltos, y se mantienen perennes durante larguísimo tiempo soportando el impresionante peso de todo el edificio, sin ocasionar ningún defecto. No sobreviven mucho tiempo fuera de la tierra, pero sí sumergidos en el agua. Es muy interesante observar este tipo de construcciones en Rávena, donde todos los edificios, tanto públicos como privados, se levantan sobre estacas que sirven de cimientos y son de esta clase de madera. El olmo y el fresno poseen gran proporción de agua, poquísimo aire y fuego y una cantidad relativa de tierra. …"
TODOS LOS CAMINOS CONDUCEN A ROMA
Los griegos llamaban a los romanos "los constructores de cloacas, calzadas y puentes".
Era un chiste dedicado a aquellos hombres rudos que habían conquistado
el Mundo, pero que nunca sabrían construir algo tan sublime y armónico
como el Partenón, lo cual es cierto. Los romanos fueron incapaces de
manejar el mármol para levantar la estructura arquitectónicamente
musical de una maravilla como el Partenón, con su ritmo matemático, sus
proporciones exactas, su belleza estilística y su armonía sensitiva.
Los romanos no eran "artistas" en el sentido sublime que lo sentían los
griegos: no eran Arquitectos, sino Ingenieros. Y si las cumbres griegas
fueron construidas con mármol, las romanas lo fueron con concreto, esa
masa pastosa que al endurecerse adquiría una extraordinaria dureza y con
la que los ingenieros romanos consiguieron levantar maravillas, algunas
"forradas" de mármol, para embellecerlas.
La profesión de "architectus" era respetada y popular; en efecto, Druso, hijo del emperador Tiberio, era arquitecto.
Una interesante innovación de los arquitectos de entonces fue la
reinvención de la calefacción doméstica central indirecta, que se había
usado originalmente cerca de 1,200 A.C., en Beycesultan, Turquía.
Uno de los grandes triunfos de la construcción pública durante este periodo fue el Coliseo, que fue el mayor lugar de reunión pública hasta la construcción del Yale Bowl en 1914. Originalmente llamado Anfiteatro Flavio,
fue el mayor lugar de reunión pública con un aforo para 50,000
espectadores y con 80 filas de gradas, y se utilizo durante casi 500
años.
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| Coliseo (Roma). Capacidad = 50,000 espectadores |
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| Yale Bowl (New Haven Conn.). Inaugurado en 1914. Capacidad = 61,446 espectadores |
Los ingenieros romanos aportaron mejoras significativas en la
construcción de carreteras, principalmente por dos razones: una, que se
creía que la comunicación era esencial para conservar un imperio en
expansión, y la otra, por que se creía que una carretera bien construida
duraría mucho tiempo con un mínimo de mantenimiento.
Los "collegia fabrorum" eran en Roma las agrupaciones
corporativas de los artesanos que se ocupaban en la construcción. Los
obreros, maestros y arquitectos que habían recibido la tradición de los
arquitectos griegos y sus conocimientos sobre la forma de trabajar la
piedra, que a su vez la habían recibido de los arquitectos del antiguo Egipto.
La geometría era la base del arte de la construcción y de la
arquitectura clásica y constituía, según los griegos, el desarrollo de
las ideas contenidas en las formas geométricas, entendidas éstas en su
aspecto puramente cualitativo, de igual manera que en todas las
tradiciones de las civilizaciones en la historia antigua.
El arquitecto Marcus Vipsanius Agrippa elaboró en el siglo I A.C. el
mapa ORBIS TERRARUM, como resultado del encargo realizado por el
emperador Octavio Augusto aproximadamente en el año 27 A.C. para
engrandecer al Imperio Romano. Alrededor de los continentes solo había
mares, y en estas tierras se desarrollaba la civilización.
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| Orbis Terrarum |
Aproximadamente en el año 200 D.C., se inventó un ariete llamado "ingenium" para atacar las murallas. Muchos años después se llamó al operador del ingenium, "ingeniator", que muchos historiadores creen que fue el origen de la palabra "ingeniero".
La ingeniería romana declino a partir del año 100 D.C., y sus avances
fueron modestos. Una innovación durante este periodo fue la invención
del alumbrado público en la ciudad de Antioquía, aproximadamente hacia
el año 350 D.C..
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| Ingenium (ariete) romano |
Alrededor del año 600 A.C., los Cartagineses (en Túnez. África del
Norte) fueron los primeros en construir y mantener un sistema de
carreteras el cual fue adoptado por los romanos luego de destruirlos en
146 A.C. En los mejores tiempos del Imperio Romano, el sistema de
carreteras tenía aproximadamente 29,000 km, entre el Valle del Eufrates y
la Gran Bretaña. Se estima que los romanos construyeron unos 87.000
kilómetros de carreteras dentro de su imperio (aproximadamente igual a
la longitud del sistema de los EE.UU. a finales del siglo XX).
El crecimiento sostenido del sistema romano de caminos siguió un esquema
lógico. Las vías principales se construyeron por y para el ejército,
por lo que muchas iban más allá del dominio romano, hasta territorios
hostiles cruzando las fronteras. Al mismo tiempo, la construcción de
nuevos caminos y el reemplazo de los antiguos senderos mejoró las
comunicaciones dentro del Imperio tanto para el ejército como para el
gobierno, el comercio y la población en general.
La vía más famosa es probablemente la primera construida hacia el año 312 A.C., la Via Appia,
y que conectaba a Roma con Capua, y fue la primera carretera importante
recubierta de Europa. Al principio, la carretera medía 260 km e iba
desde Roma hasta Capua, pero en 244 A.C., se extendió hasta Brindisi,
siendo entonces una obra tan prestigiada, que ambos lados del camino a la salida de Capua estaban flanqueados por los monumentos funerarios de los aristócratas.
Roma poseía tráfico pesado por aquella época y en una ocasión, Julio
César ordenó que ningún vehículo de cuatro ruedas circulara por las
calles de la ciudad, con la esperanza de proporcionar una solución
parcial a los problemas del tránsito.
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| Via Appia (iniciada en 312 A.C.) |
Solamente en Bretaña, los caminos romanos superaron los 4.100 km en el
año 200 D.C.. Estas vías, destinadas a la infantería eran generalmente
rectas (lo más directas posibles), de poca inclinación y contaban con
cunetas para mejorar el drenaje y su espesor aumentaba sobre suelos
blandos, lo que indica que los romanos comprendían las bases de la mecánica de suelos.
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| Partes de la construcción de vía romana |
El trazado de la vía incluía dos actividades:
- Determinar la ruta a seguir utilizando una línea de señales luminosas al amanecer o a la puesta del sol. Desde cada una de estas señales se veían la anterior y la siguiente (líneas de vista), y mediante un proceso de ajuste topográfico (empleando instrumentos como la groma), se iban moviendo hasta formar una línea recta que se convertía en el trazado provisional.
- Transformar la línea de proyecto en una ruta práctica sobre el terreno. Si no existían grandes obstáculos se seguía esa misma ruta provisional, marcada con estacas o piedras a intervalos regulares. Si en algún punto se encontraba un río ancho o un terreno especialmente difícil, entonces se variaba la línea para dar con una ruta más sencilla.
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| Topógrafos romanos (Gromaticus) utilizando la groma |
Las señales luminosas se colocaban en puntos elevados y es allí donde con frecuencia se encuentran leves cambios de dirección.
Una calzada romana estándar consistía en una superficie adoquinada (por ejemplo, de grava o piedras) sobre una base sólida de suelo o piedra.
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| Sección de Calzada Romana |
En la imagen, el Agger
corresponde a una base bien drenada en forma de un banco de tierra o
estrato con material excavado de las zanjas laterales o de canteras
cercanas. Puede tener hasta 6 pies (1.8 m) de alto y 50 pies (15 m) de
ancho o, en el otro extremo, muy leve o incluso inexistente en la
superficie de la vía, establecida directamente en el suelo - esto es
especialmente cierto en los caminos secundarios. Los materiales locales
se utilizaban siempre que fuese posible - una capa de piedras de gran
tamaño puede complementar o sustituir el Agger si está disponible.
El Agger o Augur era el vehículo, "puente" o "canal"
mediante el cual los tres niveles cósmicos el Cielo, la Tierra, y en el
intermedio el Hombre, se unían mediante el rito y se materializaban en
una figura o gesto al que se llamaba templum.
La superficie de rodadura se componía de capas de material más fino con
un espesor total de entre 2 y 3 pulgadas (5.0-7.5 cm) y 1-2 pies (30-60
cm). Capas adicionales se agregaban por restauración de la superficie.
El ancho de la vía era de hasta 30 pies (9 metros) pero comúnmente de
alrededor de 25 pies (7.5 m), y en los caminos secundarios de 15-18 pies
(4.5-5.5 m) a 10-12 pies (3,0-3,5 m).
Aparte de las cunetas laterales, el camino también podía estar
flanqueado por cunetas de contorno poco profundas de 2 a 4 pies (0.60 m a
1.2 m) de ancho. Estas podía servir para definir una "zona de camino",
especialmente en las áreas donde el terreno circundante (por ejemplo,
bosques) ofrecía la posibilidad de una emboscada. La distancia entre
estas zanjas parece indicar dos clases de caminos - 84 pies (25.5 m) y
62 pies (19 m).
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| Vìa romana de Uxama a Tiermes |
Gran parte del éxito de los romanos consistía en su capacidad de
adpatarse a las condiciones de la región donde se encontraban. La
resistencia de los caminos dependía de su cimiento, el statumen.
Cada subsuelo encontrado requería un tipo diferente de cimiento: por
ejemplo en los duros suelos del norte de África el espesor del statumen
era bajo, y en los terrenos rocoso de los pasos alpinos no se requerían
cimientos; sin embargo, en los suelos blandos de la mayor parte de
Europa era indispensable contar con unos cimientos rígidos que evitaran
que el peso y frecuencia del tráfico terminaran por destruir la vía.
Normalmente bastaba con ir colocando los cantos de piedra desmenuzada,
dispuesta en capas, aunque en los terrenos pantanosos había que poner a
cada lado una hilera de troncos que la sujetara en su sitio, y en los
suelos de las ciénagas, había que construir la calzada entera sobre una
plataforma entretejida de troncos y arbustos.
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| Proceso de construcción de un camino romano |
También era esencial que el agua lluvia permaneciera el menor tiempo
posible sobre el camino, para evitar estropear la superficie y los
cimientos con la escorrentía e infiltración hacia el terreno situado
bajo la estructura. Por esta razón todos los caminos romanos presentaban
una forma convexa. En la parte exterior de la calzada, se excavaba el
terreno para que formara una pendiente a cada lado, que terminaba en una
zanja (fossa) a unos 2 - 3 m de distancia, en un suelo que se había dejado sin vegetación.
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| Sección Típica de Camino Romano |
El diseño romano de vía sobre el Agger (base y/o sub base) constaba de cuatro capas (de arriba a abajo) de la siguiente manera [Collins y Hart, 1936]:
• Summa Crusta o Pavimentum (superficie de
rodadura dura y uniforme): bloques pulidos poligonales suaves apoyados
sobre la capa de núcleo. También se utilizaban gravas de granulometría
uniforme (para mejorar el control de aguas de infiltración), compactada
por pisones de piedras grandes o troncos de madera halados por hombres
y/o animales.
• Nucleus (núcleo): Una especie de capa de base compuesta por grava y arena con el cemento de cal.
• Rudus (rudo): La tercera capa se compone de mampostería y piedras más pequeñas también pegadas con mortero de cal.
• Statumen (cimiento): dos o tres hileras de piedras planas colocadas con mortero de cal.
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| Estructura de pavimento romano |
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| Estructura de camino romano en "Vìas Romanas: Las Huellas de la Ingenierìa Perdida" de Isaac Moreno G. |
El espesor de la estructura de pavimento variaba entre 0.9 m y 2.4 m,
con un ancho variable. Incluían pendiente de bombeo para drenaje de las
aguas superficiales complementada con cunetas y drenes subterráneos. El
material utilizado usualmente era el que se encontraba disponible en las
cercanías de la obra.
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| Camino romano cerca a Burgos en terraplén (España) |
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| Vista aérea de canteras inundadas junto a un camino romano en "Vìas Romanas: Las Huellas de la Ingenierìa Perdida" de Isaac Moreno G. |
El político Cayo Graco en el siglo II A.C. (de acuerdo a la biografía
escrita por Plutarco) introdujo la legislación sobre la construcción de
caminos y personalmente se encargaba de supervisar el proceso. También
dice que se encargó de que todas las calzadas estuvieran medidas en
millas romanas (1481 m) y marcadas con miliarios
La red de caminos romanos interconectaba en el Reino Unido las
siguientes poblaciones, que adelante se presentan con mayor detalle:
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| Principales Caminos Romanos en Bretaña |
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| Red Detallada de Caminos Romanos en Bretaña |
Cuando se proyectaba un camino que debía atravesar un accidente del
relieve o un río, el censor a veces debía cambiar su proyecto para
ajustarse a las necesidades de los ingenieros, y se podía justificar un
rodeo si con ello se conseguía un lugar más estrecho por donde cruzar o
un terreno más firme; el ingeniero daba instrucciones a su topógrafo
para que midiera la anchura del río en varios puntos, y hacía que los
obreros cavaran varios hoyos de prueba para ver cómo era el subsuelo.
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| Puente romano sobre el río Alberche |
Una vez que se había elegido el lugar y se había demarcado dónde irían
los contrafuertes de la estructura, se empezaba a trabajar en los
cimientos, donde el principal problema era el agua: en cuanto los
obreros empezaban a excavar para colocar un contrafuerte, el agua se
metía en el agujero, y en el caso de los estribos el problema era aún
mayor, pues los cimientos quedaban por debajo del lecho del río. No
obstante, estos dos problemas podían resolverse con una ataguía, una
especie de recinto hermético construido con troncos y un poco más grande
que los propios cimientos, con la parte inferior clavada firmemente en
el suelo y la parte superior abierta. Se construía alrededor de la zona
que había que excavar, y en su interior se colocaban dispositivos para
extraer el agua (tornillos de Arquímedes).
Si se encontraba una base sólida se rellenaba el hueco con bloques
angulosos de roca acomodada o con concreto, pero si no, según afirma
Vitruvio, debían procurarse ellos mismos esa base: "Si no se
encuentra una base sólida para los cimientos, entonces hay que prensar
bien, con ayuda de máquinas, un gran montón de olivo, aliso o roble
carbonizado, y rellenar el espacio entre los troncos con carbón vegetal."
El completo dominio de la tecnología
y la experiencia y soberbia habilidad de sus ingenieros brindaron a
Roma algunos de sus más famosos triunfos de guerra en forma de
terraplenes, rampas, minas y fosos. César en persona diseñó todas y cada
una de las fortificaciones que levantaron sus legiones en campaña. Era
un experto en ingeniería militar al mando de los más grandes ingenieros
militares de toda la Historia.
Las obras construidas por los romanos fueron imprescindibles para el
desarrollo y mantenimiento de la vasta y compleja administración que,
con el ejército al frente – modelo de perfección por su preparación y
disciplina -, se impuso en gran parte de Europa, Anatolia, Oriente Medio
y la franja marítima del norte de África.
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| Mapa del Imperio Romano |
Los constructores romanos desarrollaron nuevas tipologías y materiales de construcción, como el concreto,
a la vez que perfeccionaron los procedimientos constructivos, todo ello
de manera sistemática y eficaz, actuando con orden y con deseo de
perdurar, aptitud que se halla implícita en todas sus actividades;
superaron la rígida construcción adintelada egipcia y griega con el
empleo de estructuras arqueadas que ejecutaron con la maestría de quien
ha comprendido su correcto funcionamiento estructural, consiguiendo no
solo el fin constructivo sino también una indudable calidad estética. Un
ejemplo de ello son los espléndidos puentes, tanto los viales como los
acueductos, cuya firmeza y, en ocasiones, grandeza y monumentalidad
asombraba a la ciudadanía que reconocía en ellos la utilidad y veía un
símbolo del Imperio y la publica magnificentia del pueblo romano.
Algunos autores clásicos resaltaron este hecho, como Dionisio de
Halicarnaso (60 A.C. - 10 D.C.), que veía en los acueductos, el
empedrado de las calles y las cloacas, la máxima expresión de la
grandeza de Roma; Frontino, mensor y curator de los acueductos de Roma,
que se preguntaba quién podía comparar las grandes pirámides de Egipto o
las inútiles, aunque célebres, obras de los griegos con los acueductos
de Roma, o Estrabón que añadía a todas las ventajas que la naturaleza le
dio a Roma, “todas [las obras] cuantas puede proporcionar la industria
humana" como las calzadas, los acueductos y las cloacas.
Los acueductos romanos se construyeron siguiendo esencialmente el mismo
diseño, que usaba arcos semicirculares de piedra montados sobre una
hilera de pilares. Cuando un acueducto cruzaba una cañada, con
frecuencia requería niveles múltiples de arcos.
Uno de los mejor conservados de la actualidad es el Pont du Gard en
Nimes, Francia, que tiene tres niveles. El nivel inferior también tenía
una carretera.
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| Pont Du Gard, Nemes, Francia |
El libro De Aquis Urbis Romae de Sexto Julio Frontino, Curator
Aquarum de Roma, de 97 a 104 A.C., se encargó de difundir el
conocimiento de la técnica romana de construcción de acueductos.
Frontino llevaba registros de la utilización del agua, que indican que
el emperador usaba el 17%, el 39% se usaba en forma privada, y el 44%
para uso público estaba subdividida adicionalmente en 3% para los
cuarteles, el 24% para los edificios públicos, incluidos once baños
públicos, 4% para los teatros, y 13% para las fuentes. Había 856 baños
privados a la fecha de redacción del documento.
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| Edición de 1858 |
Los romanos usaron tubería de plomo y luego comenzaron a sospechar que
no era salubre, Sin embargo el envenenamiento por plomo no se
diagnosticó específicamente sino hasta que Benjamín Franklin escribió
una carta en 1768 relativa a su uso.
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| Acueducto Romano |
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| Camino Romano |
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| Cloaca Romana |
El emperador Claudio hizo que sus ingenieros intentaran en el año 40
D.C., drenar el lago Facino a través de un túnel, usando el desagüe para
irrigación. En el segundo intento por vaciar el lago, el flujo de
salida fue mucho mayor que lo esperado, con el resultado de que se
perdieran unas cuantas mesas de picnic con sus comensales
correspondientes, lo que hizo enojar mucho a la esposa del emperador.
Más tarde, pensando en que el emperador podría castigarla por su
arranque de enojo, decidió envenenarlo con excremento de sapo.
Se cree que una de las primeras alquimistas de la era, una mujer conocida como Maria la Judía, fue quien inventó el filtro. En todo caso, ofreció la primera descripción registrada del brebaje.
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| Alquimia |
En el año 25 A.C. el arquitecto e ingeniero romano Marco Lucio Vitruvio Polión (Marcus Vitruvius Pollio. Nacido en Verona y a quien se atribuye la Basílica de Fanum hoy prácticamente destruida y localizada en el Forum romano) publica el tratado didáctico De Architectura,
en 10 libros, que conservan la técnica de la arquitectura y la
ingeniería del helenismo (la obra trata sobre órdenes, materiales,
técnicas decorativas, construcción, tipos de edificios, hidráulica,
colores, mecánica y gnomónica.
Redactado entre los años 35 y 25 A.C. y su destinatario fue con toda
seguridad el emperador Augusto; es el tratado más antiguo de Arquitectura que se conoce.
De Architectura,
conocido y empleado en la Edad Media, se reeditó en Roma en 1486,
ofreciendo a los artistas del Renacimiento, imbuidos de la admiración
por las virtudes de la cultura clásica tan propio de la época, un canal
privilegiado mediante el que reproducir las formas arquitectónicas de la
antigüedad greco-latina.
Posteriormente se publicó en la mayor parte de los países y todavía hoy
constituye una fuente documental insustituible, también por las
informaciones que aporta sobre la pintura y la escultura griegas y
romanas. El famoso dibujo de Leonardo da Vinci, el "Hombre de Vitruvio"
sobre las proporciones del hombre está basado en las indicaciones dadas
en esta obra. El dibujo se conserva ahora en la Galleria
dell'Accademia, en Venecia.
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| El Hombre de Vitruvius (Leonardo Da Vinci) |
Las imágenes que ilustran la obra de Vitruvio, en sus ediciones hasta el
siglo XVIII, no sólo aclaran y embellecen el tratado grecorromano sino
que son expresión de distintas intenciones y usos que ese hermoso libro
ha tenido en la modernidad europea.
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| De Architectura Livro X |
De acuerdo a Vitruvio, la construcción deberá alcanzar tres objetivos:
la solidez y estabilidad (firmitas) (lo cual demuestra que la mecánica
de suelos y la ingeniería geotécnica eran consideradas), la racionalidad
de la solución elegida para cumplir los fines marcados (utilitas), y la
belleza (venustas), mediante las agradables proporciones de la obra. La
obra, una vez terminada, alcanzará su plenitud y transformará el
entorno con un paisaje inédito.
Un libro de Atenaios, intitulado Mecánikos, estudia las máquinas
de asedio, puentes colgantes, arietes, testudos, torres y otros
dispositivos semejantes. Eran mejoras en el arsenal militar de su
tiempo. Hacia el año 100 D.C., uno de los mejores autores técnicos de
todos los tiempos, Herón de Alejandría, produjo manuscritos de
ingeniería intitulados Mecánica, Neumática, Arte del asedio, Fabricación de autómatas, El tránsito del topógrafo, y Medición y espejos. Fue un escritor técnico prolifico. También desarrolló una máquina de vapor, o «eolipila”, que funcionaba en base al principio de la reacción, semejante al de un rociador giratorio de jardín.
En el año 410 D.C., los godos invadieron y saquearon Roma, hecho que
marcó el principio del fin del otrora Imperio Romano, y como
consecuencia sobrevino el caos social que generó la pérdida de atención
sobre los aspectos técnicos y constructivos antes señalados (San
Jerónimo lo describió así: "El mundo entero pereció en una sola ciudad"), entre los años 400 y 1400 D.C..
La caída de Roma es sinónimo del fin de los tiempos antiguos. En el
tiempo que siguió, el periodo medieval, la legislación de castas y la
influencia religiosa retardaron considerablemente el desarrollo de la
ingeniería.
Después de la caída del Imperio Romano, el desarrollo ingenieril se
trasladó a India y China. Los antiguos hindúes eran diestros en el
manejo del hierro y poseían el secreto para fabricar el buen acero desde
antes de los tiempos de los romanos.
Aproximadamente en el año 700 D.C., un monje de Mesopotamia llamado
Severo Sebokht dio a conocer a la civilización occidental el sistema
numérico indio, que desde entonces hemos llamado números arábigos.
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| Evolución de los números |
La Edad Media o periodo medieval, abarcó desde 500 hasta 1500 D.C., y por lo general, se denomina Oscurantismo al periodo que media entre el año 600 y el 1000 D.C. Durante este periodo no existieron las profesiones de ingeniería o arquitecto, de manera que esas actividades quedaron en manos de los artesanos, tales como los albañiles maestros.
La literatura del Oscurantismo era predominantemente de naturaleza
religiosa (fundamentalismo), y quienes tenían el poder no prestaban
importancia a la ciencia e ingeniería. El cañón fue el invento que
contribuyó a la terminación de la forma de vida con castillos rodeados
de murallas. Apareció en Alemania en el siglo XIV, y para el siglo XV
los castillos ya no se podían defender.
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| Representación del Oscurantismo Medieval |
La invención de los anteojos en 1,286 y el incremento considerable en
las obras impresas en Europa en el siglo XV, fueron dos acontecimientos
trascendentales en la expansión del pensamiento ingenieril.
En el siglo XIII, Santo Tomás de Aquino
argumentó que ciencia y religión eran compatibles. Ghazzali, erudito en
ciencia y filosofía griegas, llegó a la conclusión de que la ciençia
alejaba a las personas de Dios, por lo que era mala. Los europeos
siguieron a Santo Tomás, en tanto que el Islam siguió a Ghazzali. En
medida, esta diferencia en filosofía es la que subyace al tan distinto
desarrollo técnico en estas dos culturas. En la actualidad no se acepta
universalmente que ninguno de esos grandes estudiosos tuviera la razón.
Sin embargo, es indudable que durante siglos Europa ha disfrutado de
superioridad técnica en el mundo, con las ventajas que ello supone, en
tanto que el desarrollo técnico en la cultura del Islam ha sido
limitado.
Aunque durante mucho tiempo los pueblos dominados conservaron las
costumbres romanas, la mayoría de las perdurables obras levantadas por
el Imperio como puentes, caminos, acueductos y demás obras relacionadas,
tras el abandono fueron destruidas por las guerras y el paso del
tiempo.
En los años que siguieron de inmediato a la caída del Imperio Romano, el
liderazgo técnico pasó a la capital bizantina de Estambul. Durante los
diez siglos siguientes fue con elevadas murallas hasta de 13 metros de
altura en algunos lugares como se mantuvo a raya a los bárbaros.
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| Restos de una Casa de Baños Romana |
Aunque los romanos no fueron los primeros que construyeron puentes, al
igual que tampoco fueron los primeros en tener acueductos o caminos con
estructuras estables a largo plazo gracias al uso de cimientos de gran
calidad y duración, es innegable que sus obras son realmente únicas en
calidad como tamaño. Uno de sus mayores logros fue el puente en arco
(heredado de los etruscos), con el que prácticamente alcanzaron la
perfección.
Otros notables ejemplos de importantes construcciones romanas que se
conservan hasta nuestros días (en parte gracias a las acertadas
cimentaciones utilizadas) son los siguientes:
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| Coliseo romano (72 - 80 D.C.) |
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| El Panteón (117 - 125 D.C.) |
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| Foro romano |
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| Arco de Constantino (Roma) (Construido en el año 313 D.C. para celebrar la victoria de Constantino sobre Massenzio). Es el màs importante de los arcos de triunfo romanos. |
Como se ha descrito anteriormente, la ingeniería civil fue uno de los pilares básicos
sobre los que se construyó el Imperio romano. La amplia red de caminos
fácilmente transitables y puertos, facilitó el comercio y las
comunicaciones, aspectos fundamentales para el crecimiento económico y
el control político y militar. Los acueductos y las cloacas permitieron
el crecimiento de población de Roma y de otras ciudades importantes, al
garantizar unas condiciones higiénicas y sanitarias mínimas.
Los ingenieros romanos realizaban sus obras utilizando como materia los siguientes materiales:
- La piedra: de carácter autóctono, en siglo VI A.C. se utilizó el tufo, en los cimientos de los templos. A partir del siglo II A.C. fue reemplazada por el travertino y durante la época augustea se generalizó el uso del mármol de Carrara, el cual se importó de Grecia. La extracción se realizaba aprovechando las grietas que los bloques pétreos presentaban de manera natural mediante cuñas y palancas. Si no existían fisuras en la piedra se empleaba el pico, realizando ranuras y agujeros, después ponían cuñas en los agujeros, que al empaparlas de agua rompían la piedra. Posteriormente se dividía en bloques usando sierras o con cuñas y mazas. El transporte se realizaba mediante rodillos y cuerdas.
- La arcilla: se utilizaba para la construcción de ladrillos y tejas (tegulae), para lo que se utilizaban moldes de madera. El ladrillo era un elemento fundamental en las construcciones romanas desde época de Augusto y solía llevar el sello del fabricante. Originalmente se utilizaba la técnica de secado al sol y posteriormente se descubrió que al ser secados al horno eran más resistentes como elementos estructurales y a la acción de las aguas lluvias.
- La argamasa o mortero: era una mezcla de arena, cal y agua, con la que se unían los ladrillos, siendo un elemento imprescindible en la construcción de bóvedas. Al mezclarlo con mampuesto se obtiene el cemento (opus caementicium). Utilizada desde el siglo II A.C., su base cementante es la pozzolana (ceniza volcánica extraída de la ciudad de Pozzuoli) y originalmente conocida como puteoli de donde procede su nombre pulvis puteolanus. La argamasa romana utilizaba la pozzolana igual que en la nuestra se utiliza hoy día la arena: normalmente la fórmula era 2 - 3 partes de pozzolana por 1 de cal. Los constructores hacían la cal quemando piedra caliza en un horno.
- La madera: se utilizaba para los trabajos de carpintería, para la construcción del esqueleto de los edificios, el armazón de los tejados y los encofrados de arcos de puentes, monumentos y de muros.
- El concreto u hormigón: fue descubierto luego de obtener argamasa o mortero de buena resistencia como ligante, a partir de construir muros con una masa central de escombros de piedra y de tejas y ladrillos de arcilla, ya que si a ésta porción le agregaban argamasa se obtenía una pared de mayor resistencia. El método de construcción utilizado era: sobre una capa de piedras pequeñas, de unos 30 a 60 cm de altura, se ponía una capa de argamasa, que se apisonaba suavemente para que se metiera por entre las piedras; luego se ponía otra capa de piedras, seguida por otra capa de argamasa, y así sucesivamente hasta lograr una pared de concreto. Sin embargo, cuando este concreto se colocaba entre dos fachadas de ladrillo o de piedra, el apisonado podía hacer que las paredes se derrumbaran, por lo que en algunas de ellas el concreto se ponía antes de hacer las fachadas, y éstas se sustituían por dos paredes temporales de madera, a las que llamamos encofrado. Con ésta técnica se construyeron los grandes edificios de Roma, especialmente los destinados a vivienda o insulae.
La topografía
fue una herramienta esencial para el trazado de proyectos lineales de
gran longitud como los acueductos en los que al funcionar por gravedad
bajo caída constante de pendiente, algunas veces milimétrica. Ejemplo de
ello son la Aqua Marcia en Roma con 90 kms o el acueducto de Cartago
con 132 km.
El instrumento de nivelación de los topógrafos romanos, la dioptra,
no podía medir grandes distancias, por lo que, para poder llevar a cabo
sus cálculos, el topógrafo tenía que detenerse a medir varios cientos
de veces a lo largo de la distancia total, marcando cada diferencia de
nivel en su tablilla de cera, para luego sumarlas todas, obteniendo así
la diferencia total de altitud entre la fuente y la ciudad. Entonces,
una vez medida la longitud total aproximada del acueducto, y la
diferencia de altitud, podía calcular la caída total, y empezar a
trabajar para trazar la ruta definitiva.
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| Dioptra romana |
El proceso de construcción de acueductos involucraba numerosos aspectos
geotécnicos: para la mayor parte de las cuadrillas el trabajo preliminar
consistía en excavar una trinchera en terreno blando, asegurando
temporalmente las paredes con puntales de madera. Los grupos con peor
suerte tenían que excavar toda su zanja en un terreno de roca sólida,
aunque los más desafortunados de todos eran aquellos a los que les
tocaba cavar túneles. Estos tenían que empezar a abrir un puteus
(pozo) cada 71 m aproximadamente y luego, con el espacio justo para un
hombre, tenían que ir excavando hacia delante, pasando hacia atrás con
unas cestas la piedra que iban quitando para que la arrastraran fuera
del pozo.
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| Excavación de un puteus |
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| Construcción de un túnel |
Al mismo tiempo, otros hombres iban trayendo piedra, que se había
cortado en una cantera muy cercana. Luego, una vez colocados, los
canteros tallaban cada bloque cuidadosamente de forma adecuada ya que
debían encajar perfectamente sin necesidad de argamasa, aunque luego sí
se recubrieran con argamasa las piedras del canal, para impedir las
filtraciones.
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| Proceso de construcción de un acueducto romano |
Para construir represas, los romanos utilizaron bloques de piedra de
longitud variable y de unos 50 cm de ancho. Los bloques de la coronación
se unían con una especie de grapas de hierro, lo que les daba una mayor
resistencia a la presión o empuje del agua. Además de funcionar como
depósito, estas represas servían a veces como depuradoras o
decantadoras, y un acueducto podía llegar a contar con varias de ellas a
lo largo de su recorrido.
UN PUENTE SOBRE EL RÍO RHIN
El puente del emperador Julio César sobre el Rhin
es una obra maestra de la historia de la ingeniería, nadie había
construido un puente de tal longitud (500 m.). El lugar elegido fue
Coblenza, ya que ahí el río tiene "sólo" 500 m. de ancho y 8 m. de
profundidad. El mismo día que llegaron ante el Rhin se pusieron a
trabajar en su construcción. Se construyó un campamento fortificado a
orillas del Rhin para las legiones del que partiría el puente. Mientras
tanto, otros grupos de legionarios talaban centenares de árboles del
tamaño apropiado para la obra y los armeros fabricaban durante la noche
los moldes de las piezas metálicas del puente, la balsa que serviría
para clavar los postes (pilotes de madera) en el lecho del río, los
miles de clavos necesarios, y demás herramientas.
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| Puente sobre el río Rhin construido por orden de Julio César Ilustración por Peter Connolly (Ed. Greenhill Books) |
En el lecho del río se clavaban una pareja de postes inclinados contra
la corriente (pilotes de madera), y 12 metros más arriba otra pareja,
inclinados a favor de la corriente. Estos postes eran clavados en el
lecho del río por una balsa especial con una gran piedra a modo de
gigantesco martillo. Una gran viga unía los postes en la parte superior
con travesaños entre unos y otros que constituían la base de la calzada.
Oblicuamente contra la corriente se clavaba un poste que ayudaba a
apuntalar la obra. A cinco metros de los postes, río arriba, se clavaban
tres postes en forma de cuña que servían para evitar que los objetos
arrastrados por la corriente chocaran contra la estructura.
La construcción del puente tomó 10 días y fue tal el impacto de la obra
que los 500.000 germanos (enemigos del ejército romano) que se estaban
preparando para cruzar a las Galias, se retiraron apresuradamente al
interior de sus bosques pensando que aquella hazaña sólo podía ser obra
de dioses. Tras arrasar la zona de Germania más cercana al puente, César
volvió a cruzarlo destruyéndolo después para asombro de germanos, galos
y romanos.
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| Construcción del terraplén o rampa de Masada Ilustración por Peter Connolly (Ed. Greenhill Books) |
Los ingenieros militares romanos también desarrollaron la técnica para
la construcción de terraplenes reforzados con la construcción de rampas
(como la utilizada para el asedio a Masada, ocupada por rebeldes judíos,
100 años después del reinado de Julio César) utilizando un armazón de
troncos entrelazados relleno de cascotes dispuesto en capas.
En el año 72 D.C. el gobernador romano de Judea Lucio Flavio Silva ordenó construir una rampa (agger) que ascendiera hasta el lado occidental de la fortaleza de Masada, desde un promontorio denominado la Roca Blanca (Λευκέ), situado a 300 codos (unos 150 m) por debajo de la cumbre. La construcción duró varias semanas, tras utilizar miles de toneladas
de piedras y tierra apisonada ubicadas sobre una pendiente de origen
natural preexistente, conformando así una de las mayores estructuras de
asedio conocidas en época romana. Finalmente la rampa alcanzó unos 196 m
de base y 100 m de altura, con un 51% de pendiente.
Unos tres meses después de haberse iniciado su construcción, y siete
meses después de iniciarse el asedio, la rampa fue finalmente finalizada
en la primavera del año 73 D.C., contando en su cumbre con una
plataforma cuadrada de 22 metros de lado. Sobre ella se situó una torre
de asedio (reforzada con hierro y de unos 30 metros de altura) junto al
exterior de la muralla de Masada, y mientras los artilleros de los pisos
superiores de la torre disparaban sus escorpiones y balistas para mantener el parapeto libre de sicarios, un ariete situado en el piso inferior de la torre golpeaba continuamente la muralla hasta que se consiguió abrir una brecha.
Sin embargo, los legionarios descubrieron que los sicarios habían
construido una segunda muralla a continuación del parapeto exterior.
Cuando el ariete comenzó a golpear esta segunda muralla, los romanos
comprobaron que había sido erigida con capas alternas de piedras y madera, de forma que ésta absorbía los golpes del ariete e incluso se fortalecía así, tal como Julio César había comprobado en sus asedios en la Galia un siglo antes; es ésta la razón por la cual este tipo de estructura recibió el nombre de muralla gala (murus gallicus) desde entonces.
Hoy día, 2.000 años después, la rampa de Masada aún se conserva para
admiración de todos los que acuden a verla a orillas del mar Muerto.
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| Rampa de Masada (derecha) |
LAS VIVIENDAS URBANAS ROMANAS
Los modelos de casas romanas más característicos son dos: la domus o mansión unifamiliar y la insula o bloque de vecinos.
La estructura de la vivienda romana reflejaba la diversidad de las
actividades de la familia romana, así como las diferencias sociales y
económicas; las comodidades de que dispone la casa expresan la condición
social de su dueño. Hoy en día, se pueden observar los mejores ejemplos
de casas romanas, por su excelente estado de conservación, en Pompeya,
Herculano (Nápoles) y Ostia (Roma).
La domus es una vivienda de una sola planta,
propia de los ciudadanos adinerados. Su exterior es sobrio, con
altos muros estucados y escasas ventanas. La entrada se realiza a través
de un reducido vestíbulo seguido de una puerta, alta y robusta, y un
estrecho corredor (fauces), que da directamente al atrio o patio.
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| Domus romana |
La Insulae
La ciudad de Roma es el primer caso en la historia de una ciudad
superpoblada, hasta llegar a tener más de 1 millón de habitantes, algo
que solo se alcanzaría 18 siglos después. Estas grandes masas humanas,
urbanas, tenían la necesidad de una vivienda barata y fácil de obtener,
sin servicios ni comodidades pero con un techo que los cubra del cruel
frío en el invierno y del molesto sol en el verano.
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| Maqueta de Roma antigua |
La superpoblación en Roma da inicio a una tipo de vivienda multifamiliar denominada ínsula -insulae en latín-, cuya traducción es isla,
designando un tipo de edificio rodeado por calles, equivalente a las
manzanas actuales, aunque conformada por una gran y única estructura,
con una elegante apariencia externa. Esta vivienda era un tipo de
edificio de departamentos que se empieza a ver en el siglo III AC, como
solución a la falta de espacio en el interior de las murallas
Servianas. Los departamentos eran llamados cenaculum.
La necesidad de atender la superpoblación llevó a la construcción de las
insulas, y la especulación las transformó en trampas mortales.
Incendios y hundimientos azotaban este tipo de construcciones. Lo que
llevaría a que con el tiempo este tipo de viviendas, que habitaba la
mayor parte de la población, se vieran fuertemente reguladas.
Los insulae eran bloques de 300 o 400 metros cuadrados construidos en varios pisos de altura. Generalmente alcanzaban 4 pisos, aunque algunos llegaron a tener 6 o 7 pisos. Hay casos excepcionales como la Ínsula de Fenicles que llegó a tener 11 pisos. Se calcula que albergaban aproximadamente unas 380 personas.
Estaban construidos con materiales baratos y de mala calidad. Tenían
una distribución similar a los edificios multifamiliares de
departamentos actuales, pero no contaban con un sistema de agua
corriente, ni cocina ni baño. Los servicios higiénicos, si
existen, son comunitarios y están situados en la planta baja, en caso de
no contar con esta facilidad, las heces eran depositadas al pie de la escalera (dolium) en un recipiente común al piso, o simplemente era arrojadas por la ventana.
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| Insulae romana |
En Ostia, cerca de Roma, es donde mejor se conservan estos edificios,
que se dividen en pequeños apartamentos a los que se accede por
una escalera y un estrecho corredor. Los departamentos se abren con
ventanas y balcones a la calle o a un patio central.
Son casas incómodas y ruidosas, frías en invierno y sofocantes en
verano. Los pisos más bajos, con mayor espacio, los ocupan inquilinos
acaudalados, en los pisos altos, en habitaciones pequeñas y míseras,
viven los más pobres.
La planta baja del edificio está destinada a tiendas y tabernas (tabernae)
y a espacios de uso comunal. El empleo de materiales baratos, de escasa
calidad, la mala construcción, y el frecuente uso de fogones de leña y
hornillos para calentarse y cocinar, provocaban frecuentes incendios
y hundimientos.
Los departamentos se amontonaban unos con otros, eran de planta cuadrada
y no poseían un patio interior lo que les otorgaba un complicado
acceso. Poseían balcones y ventanas sin ningún tipo de recubrimiento,
que oportunamente eran tapiadas con madera durante el invierno para
evitar el paso del frío. Simples, rústicos y monótonos hacían que, por
la falta de regulación, muchas veces se convirtieran en laberintos de
escaleras verticales.
Las primeras ínsulas se construyeron con madera y adobe, materiales tan
poco resistentes que no permitían grandes alturas y ocasionaron multitud
de muertos al hundirse o en los numerosos incendios que se producían,
generalmente, tenían entre 3 y 5 plantas. En el siglo III A.C.. se
desarrollaron técnicas que permitían construir ínsulas de más de tres y
cuatro pisos, utilizando materiales más resistentes como el concreto
(hormigón), argamasa y ladrillos cocidos junto con la madera, pero la
especulación de los constructores y contratistas hicieron necesario
establecer una serie de leyes con imposición máxima de altura y grosores
de muros. En esa época, a pesar de las regulaciones, no se pudo acabar
con la especulación y el enriquecimiento a expensas de la seguridad (más
o menos como hoy día), por lo que siguieron cayéndose ínsulas y
produciéndose incendios.
Como caso de ejemplo, en el siglo I A.C., el plutócrata Marco Licinio
Craso, conocido por eliminar la sublevación de Espartaco, según nos
cuenta Plutarco, compró un gran número de esclavos arquitectos y
maestros de obras, y en cuanto se producía un incendio o un derrumbe de
ínsulas, procuraba adquirirlos y los contiguos a ellos, a un precio
irrisorio por el miedo y la incertidumbre, consiguiendo con los años ser
dueño de casi todos los edificios de Roma.
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| Ínsulas romanas típicas del siglo I D.C. |
Los pisos inferiores eran los más costosos y generalmente eran
utilizados como comercios. Los pisos superiores, de difícil acceso eran
más baratos e inseguros, sobretodo cuando se producían derrumbamientos
de la superficie causando muchas víctimas. Dado esto es que los pisos
superiores, antes de las reglamentaciones impuestas, eran construidos de
madera para alivianar la carga del peso estructural.
No todos los departamentos tenían la misma calidad, en comodidades. Como
mencionamos los primeros, en el nivel del suelo, eran utilizados como
negocios. Los del siguiente piso eran departamentos usualmente más
costosos que los demás y se consideraban departamentos de lujo.
La mayoría de los habitantes de las ínsulas pagaban un alquiler a un
constructor y hombre de negocios, que buscaba especular con la
edificación. En las ínsulas más amontonadas (o hacinadas), era muy
difícil el acceso a los departamentos, y generalmente una persona
tendría que pasar por departamentos inferiores para llegar al suyo,
porque no había pasillos ni corredores en la gran mayoría de
las ínsulas. A su vez las escaleras generalmente eran verticales y
pasaban de departamento a departamento, haciendo que fueran como un
laberinto complejo y difícil de sortear.
El último piso que era siempre el mas económico, porque sus habitantes
eran los mas desprotegidos ante la frecuente ocurrencia de incendios,
que los que tenían la suerte de vivir en el primero. Las posibilidades
de supervivencia eran menores cuanto mas alto se vivía, y por lo tanto
quienes más pagaba por su casa, eran los habitantes del primer piso.
También existía otra clase de ínsulas o edificios en los que la parte
baja se designaba tabernas.
Generalmente el lote a intervenir, era comprado por un empresario que
invertía en la ínsula, y trataba de sacar el mayor provecho de ésta. Era
una inversión especulativa donde se trataba de invertir lo menos
posible, ahorrando en materiales y calidad de construcción y a la vez
aprovechando el espacio de la mejor manera posible, construyendo más y
más plantas. Esta búsqueda de una mejor rentabilidad del suelo adquirido
llevaba a que algunas ínsulas superaran los 7 u 8 pisos y los derrumbes
se hicieron eco de esto.
Los incendios, como se dijo, eran usuales. Uno de los factores que promovió la propagación del impresionante incendio
que tuvo suceso durante el imperio de Nerón (noche del 18 de julio del
año 64 D.C.) y una duración de 8 días; fueron las ínsulas incendiándose
una tras otra. Luego de este incendio, y es por lo que se sospecha que
fue provocado intencionalmente, se construyó una ciudad mejor
planificada arriba de las ruinas, puesto que supuso la devastación y
destrucción parcial de 10 regiones augusteas (de las 14 en que Augusto
había dividido la ciudad) y, entre otras cosas, ordenó construir las
casas alineada y separadamente sin muros medianeros, aunque se desconoce
el ajuste y medición concreta en pies que estableció.
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| Incendio de Roma (64 D.C.) atribuido al emperador Nerón |
El emperador Julio César, vivió en una ínsula en su juventud, y fue uno
de los primeros lideres romanos en ver los problemas que el hacinamiento
traía a la salud pública de Roma. No solo en la cantidad de pestes y
enfermedades que producían tan incomodas condiciones de vida, sino que
una de las mayores causas de muerte eran los incendios y los derrumbes.
El poco espacio entre las estructuras de las ínsulas, hacía que el fuego
se propagara rápidamente de una a otra como en un efecto domino.
Para evitar este tipo de desastres, con el tiempo se fueron decretando
leyes para regular su construcción, aunque era muy difícil que alguien
las tomara en cuenta. César estableció una altura máxima de 8 plantas
-19 metros- que fue rectificada por Augusto. Otro emperador en ver los
problemas de las ínsulas fue Trajano, quien limitó la altura de las insulaes
a 6 plantas (17 metros), a fin de evitar posibles derrumbamientos ante
el incumplimiento sistemático de las construcciones. Luego cuando se
comenzó a utilizar ladrillo y concreto romano, aumentó nuevamente la
altura. El ladrillo se comenzó a usar posteriormente, y también una
versión primitiva del concreto (concreto romano), por orden de las
autoridades.
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| Ínsulas romanas en ladrillo cocido |
Una restricción muy importante fue la de ambitus que dictaba una separación mínima (80 centímetros) entre cada edificio (se denominó ambitus al "el espacio de dos pies y medio que se deja entre dos edificios vecinos para permitir la circulación entre ellos"),
de esta manera se evitaría la propagación espontanea de incendios, y
esto logró evitar en parte los incendios, hasta que cayó en desuso y las
casas fueron construidas con muros medianeros por necesidades de
espacio. Recordemos que estas viviendas no tenían cocinas ni baños y
generalmente la gente para calentarse o cocinar empleaba braceros, los
cuales eran un peligro mortal en una estructura de madera -esta fue otra
de las razones por las cuales se comenzaron a utilizar otros materiales
en períodos posteriores-.
Dichas restricciones y leyes mejoraron en gran medida la calidad de las
construcciones. Se limitaron considerablemente los incendios y los
derrumbes que tanto eco hacían en los escritores de la temprana
República. Hoy en día sobrevivieron algunas edificaciones, obviamente de
las mejor construidas lo que no nos da una visión objetiva de como era
las construcciones más precarias.
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| Ruinas de una insulae romana |
Una constitución de Constantino del 329 D.C., establecía una distancia
mínima de 100 pies en torno a los almacenes públicos para evitar el
peligro de incendios. Dentro del Derecho justinianeo, y respecto a las
distancias entre edificios públicos sin distinción y edificios privados,
Arcadio, Honorio y Teodosio II prescribieron en el año 406, dejar un
espacio libre de 15 pies.
Para los edificios privados (tanto domus como insulae), la norma general sobre distancia fue establecida en una conocida constitución del emperador de Oriente, Zenón, la "De aedificiis privatis",
redactada en griego, y situable en las postrimerías del siglo V. La ley
zenoniana publicada en origen para Constantinopla, fue extendida a todo
el Imperio por obra de Justiniano, quien ordenó su aplicación general a
todas las ciudades en el 531. Concretamente Zenón ordenó en su norma,
guardar un espacio de 12 pies intermedios entre edificios vecinos, es
decir, 3,54 metros según la equivalencia ya analizada en nota, sin
posibilidad de que los propietarios pactasen otra distancia.
LOS CIMIENTOS DE LAS EDIFICACIONES ROMANAS
El primer paso en la construcción de la vivienda romana son los
cimientos, que aseguran la estabilidad del edificio, excavando el
terreno de apoyo hasta cierta profundidad, donde se deposita piedra
seleccionada o mampostería de buena calidad y resistencia. Los cimientos
se construyen bajo todos los muros que componen la primera planta de la
edificación.
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| Cimentación de muro romano |
Sobre los cimientos se construyen los muros, alzando paredes de piedra o
ladrillo y rellenando el interior con un resistente concreto (u
hormigón) (opus caementicium).
Este concreto se compone de trozos de piedra, ladrillo y
cascajos unidos con una argamasa o mortero líquido. Las paredes internas
que dividen las estancias son de estructura más ligera.
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| Opus caementicium en la antigua via Apia |
La gran aportación de la técnica romana al arte de construir fue la
adopción del Opus Emplectum, una adaptación del Emplecton griego. Los
romanos universalizaron esta técnica y produjeron una gran cantidad de
soluciones prácticas a los problemas que planteaba su ejecución. Los
romanos generalizaron la técnica del emplectum griego (consistente en crear dos hojas exteriores de sillares de piedra, rellenas de un mortero de cal
con arena y cascotes), para erigir sólidos muros de tres hojas y
grandes bóvedas que cerraban vastos espacios. Como relleno de estos
muros emplearon un nuevo material de construcción: el Opus Caementicium (o
concreto u hormigón romano), que constituía el núcleo estructural del
muro y se convirtió en el verdadero artífice de los avances tecnológicos
producidos en este periodo. En los lugares donde la piedra escaseaba o
era excesivamente costoso conseguirla, ésta se sustituyó por el barro en
forma de adobe: un ladrillo de barro secado al sol.
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| Opus caementicium - Muros de carga romanos |
Esta evolución fue posible gracias a la generalización en el uso del Opus Caementicium,
hecho que se produjo aproximadamente a principios del siglo II D.C.. A
partir de este momento, los constructores romanos fueron abandonando de
forma progresiva la ejecución de muros homogéneos de una sola hoja en
beneficio del Opus Emplectum. De
esta manera, los muros dejaron de ser una superposición de elementos
pétreos unidos con mortero, y se convirtieron en un núcleo resistente de
concreto, realizado a base de trozos de ladrillo o de mampuestos de
piedra recibidos mortero de cal y puzolana, revestido exteriormente por
unas superficies realizadas con ladrillo o piedra, sin misión
estructural –dado su escaso espesor con relación al espesor total de la
fábrica-, que facilitaban su construcción al tiempo que servían como
acabado superficial. Este esquema elemental se repetiría hasta la
saciedad, a lo largo de las distintas épocas hasta prácticamente el
siglo XIX, aunque con notables variaciones en algunos casos.
Se tiene constancia de la existencia de pastas y morteros precursores del concreto desde los tiempos del Antiguo Egipto, El concreto romano era bastante diferente en su composición al concreto actual. El único aglomerante que se conocía desde el siglo IV A.C. era el mortero de cal aérea, compuesto de cal grasa, arena y agua. Alrededor del siglo II A.C., los romanos aprendieron a usar la pozzolana o puzolana, un tipo de ceniza volcánica presente en la península itálica, que producía un mortero de gran monolitismo y dureza.
Este mortero hecho con pozzolana, presentaba la notable propiedad de
fraguar en contacto con el agua debido a su alto contenido en silicatos,
haciendo que fuera excepcionalmente útil para usos portuarios, a
diferencia del mortero de cal grasa –que no fragua, sino que endurece
por carbonatación mediante un proceso que además es reversible-, el cual
presentaba un mal comportamiento en presencia de humedad.
Para la obtención de esta mezcla de concreto romano, se empleaban 12
partes de puzolana, 6 de arena, 9 de cal y 16 partes de piedra. Los
elementos se vertían en seco dentro de los moldes, añadiendo con
posterioridad el agua y ejerciendo un enérgico batido. El agregado
fraguaba y endurecía rápidamente, produciendo una masa densa y
homogénea de gran resistencia.
Las posibilidades que presentaba el conjunto de mortero de cal y
puzolana, influyeron decisivamente tanto en las fábricas de muros, como
en el elemento más representativo de la construcción romana: el arco y
sus formas asociadas. Este pétreo artificial, el concreto, gozaba de
grandes ventajas frente a la piedra natural. El empleo de Opus Caementicium
evitaba el proceso de extracción, labrado y transporte de la piedra y
además reducía el tiempo de ejecución. Además la preparación, amasado y
levantamiento de los materiales que se necesitaban para el concreto no
precisaba obreros de gran cualificación, a diferencia de lo que ocurría
en la construcción de muros de piedra.
El concreto se vaciaba en un molde de cualquier forma y a cualquier
escala, cuyo único defecto era que, al endurer y desencofrarse,
quedaba al descubierto una superficie poco resistente al agua y
escasamente presentable visualmente, lo cual obligaba necesariamente a
la colocación de un revestimiento permanente.
La puzolana necesitó de un proceso de adaptación, experimentación y
evolución antes de generalizarse su uso, hecho que se produjo hacia la
segunda mitad del siglo I D.C. bajo el mandato de los emperadores de la
dinastía Flavia. En un principio durante más de 2 siglos, la puzolana se
empleó sin cocer, mezclada con cal aérea, para rellenar el núcleo
interior de los muros pues ahorraba mortero de cal y facilitaba el
fraguado, aun en el caso de trabajos en lugares húmedos. En palabras de
Vitruvio: "...Se unen súbitamente en un cuerpo y se endurecen por
instantes, consolidándose en el agua de modo que no bastan a desatarlas
ni la violencia de las olas, ni ninguna otra fuerza de las olas."
El espesor de estos muros de carga contribuyó notablemente a la
estabilidad de las fundaciones, especialmente, cuando incluyeron el
concreto romano, de mayor rigidez y resistencia que la piedra acomodada y
confinada.
Vitruvio
da referencias sobre la construcción de los cimientos en el capítulo IV
de su libro III. En el mismo, hace referencia al tipo de cimiento, que
define en función de la calidad del suelo. Las especificaciones dadas
por Vitruvio, son las siguientes:
“Si es posible encontrar un terreno sólido, la cimentación de estos edificios se excavará sobre un terreno firme en una extensión que se ajuste a las exigencias del volumen de la construcción. (...) Se erigirán unas paredes sobre la tierra, debajo de las columnas, con un grosor que sobrepase en la mitad al diámetro de las columnas que posteriormente se levantarán, con el fin de que las inferiores, que se llaman esterobatae por soportar todo el peso, sean más sólidas que las situadas encima de ellas. Los resaltos de las basas no sobresaldrán más allá de la base, debe mantenerse con la misma proporción el grosor de las paredes superiores. El espacio que quede en medio, se abovedará, o bien se consolidará mediante relleno , con el fin de que todo que de bien compactado. Si por el contrario no se encuentra terreno sólido, sino que es de tierra de relleno en gran profundidad, o se tratara de un terreno palustre, entonces se excavará, se vaciará y se clavarán estacas endurecidas al fuego, de álamo, de olivo o de roble y se hundirán como puntales o pilotes, en el mayor número posible, utilizando unas máquinas; entre los pilotes, se rellenará el espacio con carbones; así quedarán llenos los cimientos con una estructura muy consistente. Una vez puestos los cimientos, deben colocarse a nivel los estilobatos....”
Por tanto, Vitruvio
afirma que, si el terreno es sólido, la cimentación debe realizarse de
forma continua, con un espesor de 3:2 con respecto al del muro que debe
soportar. En caso de no encontrarse terreno firme, afirma que se debe
excavar hasta cierto límite, clavando una serie de estacas a base de
cuartones chamuscados de álamo, olivo o encina, compactándolos con ayuda
de máquinas y rellenando con carbón los espacios que resulten. En
muchos casos, según las explicaciones que en otro apartado comenta
Vitruvio, parece ser que usaban arcos invertidos a modo de riostras para
asegurar las cimentaciones, trabándolas con las contiguas.
Como se ve, manejan conceptos similares a los empleados por
civilizaciones anteriores. En general, intentan llegar hasta el estrato
de terreno firme debiéndose entender por este término la roca o bien un
asiento de gran calidad. Cuando esto no es posible entonces, previa
excavación hasta una cierta profundidad, intentan la mejora del terreno
mediante una consolidación artificial, que ellos consiguen clavando
estacas de madera de olivo chamuscada. Este procedimiento es similar a
algunas de las técnicas actuales de consolidación basadas en un aumento
de la cohesión de las partículas del suelo por medio de la hinca de
pilotes o la inyección de concreto (mejoramiento del suelo por
densificación y compactación).
El hecho de emplear madera de olivo, álamo o encina, se debe sin duda
alguna a su mayor dureza y estabilidad, con la consiguiente repercusión
en su durabilidad. Las estacas eran chamuscadas con el fin de crear un
película superficial de protección frente al ataque de microorganismos o
sustancias de carácter ácido. Posteriormente, una vez alcanzado o
preparado el terreno de apoyo de la cimentación (o firme), procedían a
la creación de los cimientos, generalmente compuestos por concrto en
masa vertido por tongadas horizontales, hasta alcanzar la cota de
arranque de los muros.
Parece ser que este concepto de cimiento no fue modificado a lo largo de
todo el periodo. Lo que sí que pudieron sufrir variaciones fueron los
conocimientos empíricos que se manejaron en cada área geográfica. Su
habitual sistematización de los procesos no excluye soluciones de
carácter puntual en determinados casos. Un ejemplo de este tipo puede
ser el refuerzo anular concéntrico a la cimentación principal del
Panteón de Adriano que según un análisis moderno supone una importante
mejora, al impedir el reflujo de las tierras comprimidas por la carga
central.
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
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| Tornillos de Arquímedes (Leonardo Da Vinci) |
La Geotecnia y la Hidrotecnia
La historia de la geotecnia (con la evolución de los principios de la
mecánica de suelos y la ingeniería de fundaciones) ha venido de la mano
de otra rama de la ingeniería civil conocida como hidrotecnia, en la
cual el almacenamiento, conducción y desvío del agua es el principal
objetivo, a la par de la comprensión y el desarrollo de los principios
de la mecánica de fluidos (iniciada por Arquímedes
en la antigua Grecia con la investigación de la estática de fluidos y
la flotación que lo llevó a presentar su "Principio de Arquímedes") de
la cual hace uso extensivo.
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| Eureka |
Durante la época del Holoceno (8.000 A.C.) se dio el desarrollo de la
agricultura cuando el hombre descubrió cómo aumentar las cosechas y
domesticar animales, en las colinas al norte del actual país de Irak y
Siria. El cultivo de semillas fue descubierto alrededor del 5.000 A.C.,
pero no había forma de arar la tierra ya que la Edad del Hierro (2.000 A.C. a 600 A.C.) posterior a la Edad del Bronce (4.500 A.C. a 2.000 A.C.) no había llegado todavía y se desconocía la técnica de moldear el metal.
El hombre antiguo descubrió entonces que podía utilizar arados de madera
en los blandos suelos de los deltas de los grandes ríos como el Tigris y
el Éufrates en Mesopotamia, el Nilo en Egipto, el Indo en el
subcontinente indio, y el Amarillo en China. Debido a que estas zonas
son áridas, el agua fue desviada de los ríos por represas y canales y,
luego levantada por dispositivos de impulso animal o humano que todavía
están en uso hoy en día. Las presas y canales, aunque
rudimentarias para los estándares modernos, estaban más allá de la
capacidad de los agricultores y fueron construidas por sociedades
organizadas en comunidad. Otras obras de gran escala, incluyeron
sistemas de diques para minimizar los daños de las inundaciones.
Alrededor del 4.400 A.C. se construyeron canales para regar el suelo en
el valle del Nilo. Aproximadamente en el 4.000 A.C. se construyó la
represa de piedra más antigua en Kosheish, Egipto; al parecer, también
se construyeron diques de tierra en Babilonia entre los años 3.000 y
4.000 A.C. Hubo ciudades con conducciones de agua y pozos artesianos;
las estructuras hidrotécnicas fueron conocidas en la antigua Khorezm,
Rusia (entre 800 y 600 A.C.).
El éxito de los primeros esfuerzos para controlar el flujo de agua
se alcanzó en Mesopotamia y Egipto, donde los restos de las obras de
riego prehistóricos todavía existen. En el antiguo Egipto, la
construcción de canales fue un importante esfuerzo de los faraones y sus
sirvientes, comenzando en la era de Escorpio. Uno de los primeros
deberes de los gobernadores provinciales fue la excavación y reparación
de canales, que se utilizaron para inundar grandes extensiones de
tierra, mientras que el Nilo fluía alto. La tierra era un tablero de
ajedrez con pequeñas cuencas, definidas por un sistema de diques. Los
problemas relacionados con la incertidumbre del caudal del Nilo fueron
reconocidos. Durante los flujos muy altos, los diques fueron arrasados y
las aldeas inundadas, con miles de víctimas por ahogamiento.
Durante los flujos bajos, las tierras no reciben agua y ningún cultivo
podría crecer. En muchos lugares donde los campos eran demasiado altos
para recibir el agua de los canales, el agua fue extraída de los canales
o el Nilo directamente por un swape o un shaduf, que consistía en un
balde en el extremo de una cuerda que colgaba del extremo largo de un
madero sobre un pivote, con contrapeso, como se describe en la imagen a
continuación.
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| Friso (2000 A.C.) que describe el uso del agua del río Nilo para riego mediante Swape o Shaduf en Egipto |
Los sumerios en el sur de Mesopotamia construyeron murallas para la ciudad, templos, y excavaron canales
que fueron las primeras obras de ingeniería civil en el mundo. También
es importante destacar que estas personas, desde el principio de la
historia, lucharon por los derechos del agua. El riego fue
extremadamente vital para Mesopotamia (cuyo nombre proviene del griego
"la tierra entre los ríos"). Los problemas de inundaciones fueron más
graves en Mesopotamia que en Egipto, porque el Tigris y el Éufrates
llevaban varias veces más sedimento por unidad de volumen de agua que el
Nilo. Esto dio lugar a que el nivel de los ríos aumentara más
rápidamente y a que cambiaran sus cursos con más frecuencia en
Mesopotamia.
El sistema de riego de Mesopotamia y del delta Egipcio eran del tipo
cuenca, que se abría excavando una brecha en el terraplén y cerrándola
mediante la colocación de barro de nuevo en la brecha. El agua se izaba
con el swape, como en Egipto. Las leyes de Mesopotamia no sólo exigían a
los agricultores conservar sus cuencas y canales de alimentación
reparados, pero también debían ayudar con azadas y palas en tiempos de
inundación, o cuando había que excavar canales nuevos, o reparar los
antiguos. Algunos canales pueden haber sido utilizados durante 1.000
años antes de que fueran abandonados y otros fueran construidos. Incluso
hoy en día, entre 4.000 y 5.000 años más tarde, los terraplenes de los
canales abandonados aún permaneces. Estos sistemas de canales, de hecho,
soportaron una población más densa que la que hoy día vive allí. A
través de los siglos, la agricultura de Mesopotamia comenzó a decaer a
causa de la concentración de sal en el suelo aluvial. Luego, en el año
1.258 D.C., los mongoles conquistaron Mesopotamia y destruyeron los
sistemas de riego.
Los asirios también desarrollaron grandes obras públicas. Sargón II, invadió Armenia en el 714 A.C., y descubrió el qanat (nombre árabe) o kariz
(nombre persa), que es un túnel para traer agua de una fuente
subterránea en las montañas hasta las laderas bajas. Sargón destruyó el
área en Armenia, pero trajo el concepto de nuevo a Asiria. Este método
de riego se esparció desde el Cercano Oriente al norte de África durante
los siglos, y se utiliza todavía. Senaquerib, hijo de Sargón también
desarrolló obras hidráulicas represando del río Tebitu y usando un canal
para llevar agua a Nínive, donde el agua podía ser utilizada para riego
sin dispositivos de elevación. Durante la primavera la elevación de las
aguas y las inundaciones eran manejadas por un dique municipal, en
caña, construido para desarrollar pantanos utilizados como cotos de caza
de ciervos y jabalíes, y zonas de propagación de abedules. Cuando este
sistema fue abandonado, se construyó un nuevo canal de cerca de 19
kilómetros (12 millas) de largo, con un acueducto que tenía un
revestimiento de concreto o mortero en la capa superior de la piedra
para evitar fugas.
El desarrollo de canales de riego en Centroamérica fue más reciente (de
600 a 500 A.C.), con técnicas menos elaboradas de represas y
conducciones. Entre 550 y 200 A.C. se generó un gran desarrollo en la
canalización de arroyos, excavación de canales y construcción de presas y
ésta tecnología se utilizó con mínimos cambios hasta el 1.300 D.C.
Las así denominadas "civilizaciones hidráulicas" surgidas en la región
produjeron abundante alimento para una población creciente, pero, en
última instancia, la falta de drenaje provocó la acumulación de sal en
los suelos aluviales y una fuerte caída en los rendimientos agrícolas.
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| Cnossos en la Grecia Egea (parte inferior) |
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| Planta del Palacio de Minos |
Cnossos, a unos 5 kilómetros (3 millas) de Iraklion, la moderna capital
de Creta, fue una de las ciudades más antiguas y singulares del mar Egeo
y de Europa. Cnossos fue habitada por primera vez, poco después del
6.000 A.C., y en 3.000 años se había convertido en el más grande
asentamiento de la edad neolítica (5.700 - 2.800 A.C.) en el mar Egeo.
Durante la Edad del Bronce (2.800 - 1.100 A.C.), la civilización minoica
desarrolló y alcanzó su culminación como el primer milagro
cultural griego del mundo Egeo.
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| Palacio del Rey Minos en Cnossos, escenario de la leyenda de Teseo y el Minotauro: Allí había un enorme laberinto construido por el inventor y arquitecto Deadelus y habitaba un enorme monstruo llamado Minotauro, con cabeza de toro y cuerpo de hombre, hijo de Pasifae, esposa de Minos y un toro de quien Poseidón la había hecho enamorar. |
Los sistemas de acueducto y alcantarillado de Cnossos fueron aún más
interesantes. Un acueducto suministraba agua a través de conductos
tubulares desde las regiones de Kounavoi y Archanes, y se ramificaba en
la ciudad y el palacio del rey Minos, diseñado y construido por el gran arquitecto Dédalos,
donde se utilizaron conductos de presión para la distribución de agua.
Los sistemas de desagüe constaban de dos sistemas separados, uno para
recoger las aguas residuales y el otro para recoger agua de lluvia.
Desafortunadamente, alrededor del 1.450 A.C., el palacio micénico fue destruido por un terremoto y el fuego, al igual que todas las ciudades palaciegas de Creta.
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| Tuberías de desagüe en Knossos |
Anatolia, también llamada Asia Menor, que forma parte de la República de
Turquía, ha sido el cruce de muchas civilizaciones durante los últimos
10.000 años. Del período hitita (2.000 a 200 A.C.), se conservan muchos
restos de antiguos sistemas de abastecimiento de agua de la ciudad,
incluyendo tuberías, canales, túneles, sifones invertidos, acueductos,
reservorios, cisternas y presas. Allí en Anatolia, se ubica la ciudad de
Troya.
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| Ruinas de un castillo otomano que cubre una fortaleza del 900 A.C. |
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| Ruinas en Troya |
Un ejemplo de ciudad que aplicó la hidrotecnia es Éfeso, fundada durante
el siglo X A.C. como ciudad jónica en las afueras del Templo de
Artemis. En el siglo VI A.C., sus pobladores se asentaron directamente
en la zona del Templo de Artemis. El agua se suministró a Éfeso desde
manantiales en diferentes lugares, además de las cisternas. El agua para
la gran fuente de la ciudad, construida entre el 4 y 14 D.C. fue
desviada por una pequeña presa en Marnss y transportada a la ciudad por
un sistema de 6 kilómetros de largo (3,7 millas), que constaba de dos
tuberías pequeñas y una grande en arcilla.
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| Fuente de Trajano en Efeso |
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| Tubos de arcilla encontrados en Efeso |
Durante el período de florecimiento de Grecia y Roma, hubo un considerable desarrollo de la hidrotecnia:
se construyó el conducto de agua de la Via Appia, se proporcionó un
sistema de alcantarillado a Roma, y se intentó drenar los pantanos
Pontinos. Cerca del 2.000 A.C. se construyeron diques en el territorio
de Holanda y en Georgia antigua, para proteger las tierras bajas de las
inundaciones y se construyeron canales en Armenia entre los años 400 a
500 A.C.. Por el mismo período se construyeron los primeros canales
navegables (por ejemplo, un canal del Nilo y el mar rojo).
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| Representación de Pirámide en el Lago Moeris (Egipto) descrita por Heródoto |
LOS ACUEDUCTOS ROMANOS
Los primeros romanos dedicaron gran parte de su tiempo a útiles proyectos de obras públicas. Construyeron caminos, obras portuarias, acueductos,
templos, foros, ayuntamientos, plazas, baños y las alcantarillas. Los
primeros ciudadanos prósperos romanos solían tener una casa con una
docena de habitaciones, con un orificio cuadrado en el techo para que la
lluvia cayera en una cisterna para almacenar el agua.
Muchos acueductos fueron construidos por los romanos, quienes, sin embargo, no fueron los primeros en construirlos. El rey Sennacherio en Egipto construyó acueductos, al igual que lo hicieron los fenicios y helenos. Los romanos y helenos necesitaron sistemas extensos de acueducto para sus fuentes, baños y jardines. También se dieron cuenta de que el agua transportada desde los pozos era mejor para su salud, que el agua del río, y no requería de elevación del nivel desde el río hasta la calle. Los acueductos romanos se construyeron sobre estructuras elevadas para proporcionar la pendiente necesaria para el flujo del agua.
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| Uso de la Hidrotecnia |
Muchos acueductos fueron construidos por los romanos, quienes, sin embargo, no fueron los primeros en construirlos. El rey Sennacherio en Egipto construyó acueductos, al igual que lo hicieron los fenicios y helenos. Los romanos y helenos necesitaron sistemas extensos de acueducto para sus fuentes, baños y jardines. También se dieron cuenta de que el agua transportada desde los pozos era mejor para su salud, que el agua del río, y no requería de elevación del nivel desde el río hasta la calle. Los acueductos romanos se construyeron sobre estructuras elevadas para proporcionar la pendiente necesaria para el flujo del agua.
Roma, con una población de más de un millón de habitantes,
precisaba alrededor de 1.324.000.000 litros de agua diarios para fines
sanitarios, industriales y también para exhibición pública. Ante esta
situación, era preciso idear un sistema que permitiese la conducción por
gravedad de estas grandes cantidades de agua, desde manantiales situados a una
distancia variable en cada caso, pero que podía llegar a alcanzar los cientos
de kilómetros, a semejanza de un río artificial.
El problema fue resuelto mediante una estructura en piedra realizada
a base de arcos que jugó un papel primordial para satisfacer esta demanda,
denominada por los romanos como Aquaeductus (acueducto ó conducto de agua) y
que corresponde a un canal hecho por el hombre con el fin de poder transportar
el agua mediante la propia acción de la gravedad, evitando así la necesidad de
aplicar presiones para provocar ese recorrido.
Vitruvio describe tres tipos de acueductos: los conductos de
piedra, las tuberías de plomo o bronce y las de arcilla, de peor calidad. Las
tuberías de bronce y plomo eran demasiado caras de fabricar y mantener; ello
hizo que solo fuesen empleadas puntualmente para la construcción de sifones. A
diferencia de éstas, las conducciones de piedra fueron las más extendidas,
resolviéndose en todos los casos de un modo similar.
La forma de diseñar estos conductos era la siguiente: se
definía un canal de piedra –aunque en la última época, se hacían también de concreto
romano o, incluso, se excavaban directamente en la roca- llamado también specus,
con forma de “U”, del tamaño aproximado del vano de una puerta actual. Vitruvio
comenta que este canal debía quedar siempre “cubierto con un arco por arriba,
para proteger el agua del sol y dificultar el envenenamiento de las aguas por
el enemigo”; este último motivo es la justificación de que muchos acueductos
primitivos fuesen subterráneos. Estas techumbres empleadas para cubrir los
acueductos eran siempre de uno de estos tres tipos principales: el primero de
ellos, era el formado por una pieza plana de piedra, el segundo estaba
compuesto por dos piezas de piedra iguales apoyadas la una sobre la otra y, el
tercero, se resolvía mediante un arco de medio punto.
Para construir estos acueductos de forma que formasen una línea
de descenso continua, era necesario en muchas ocasiones excavar túneles que
atravesaran ciertas montañas intermedias y también construir puentes sobre losvalles. Allí el arco era indispensable, especialmente al hacer cruzar sus
acueductos sobre valles, donde con frecuencia tenían que abarcar también ríos.
Existieron once acueductos que suministraban a la ciudad de
Roma, el más perfecto fue el Aqua Claudia, de principios del siglo I D.C. Sin
embargo, los restos más asombrosos están en Francia, en el acueducto de Nimes
–Pont du Gard- formado por tres hileras de arcos de 48 metros de
altura y 270 de largo, que era parte de un acueducto que traía agua a Nimes
desde un manantial que estaba a 40 kilómetros de distancia.
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| Acueducto Romano en Pont Du Gard |
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| Acueducto romano en Segovia (España) |
El conocimiento de la fabricación de tubos en materiales como el bronce,
plomo, madera, azulejo, y concreto estaba en su infancia, y la
dificultad de hacer grandes tubos de alta calidad era un obstáculo. La
mayoría de las tuberías romanas eran de plomo, e incluso los romanos
reconocieron que el agua transportada por tuberías de plomo planteaban
un peligro para la salud.
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| Tubos romanos en plomo |
La fuente de agua para un abastecimiento del sistema típico de una
ciudad romana era un manantial o un pozo excavado, por lo general con un
elevador de cangilones para subir el agua. Si el agua del pozo era
clara y en cantidad suficiente, se conducía a la ciudad por un
acueducto. Además, el agua de varias fuentes se recogía en un depósito
de reservorio y luego se transportaba por las conducciones de acueducto o
conductos de presión a un depósito de distribución (castellum).
Tres tubos transportan el agua, el primero a piscinas y fuentes, el
segundo a los baños públicos para beneficio público, y el tercero a
casas particulares para obtener ingresos para mantener los acueductos.
El flujo en los acueductos romanos se obtenía por gravedad. El agua fluía a través de un conducto cerrado (specus o rivus) que típicamente estaba enterrado desde la fuente hasta el terminus o castellum. Los acueductos sobre el terreno se construían sobre terraplenes elevados (substructio) o sobre arcadas o puentes. Se localizaban tanques de sedimentación (piscinae) a lo largo de los acueductos para remover sedimentos o partículas extrañas. Líneas adicionales (vamus)
se construían en algunos sitios a lo largo del acueducto para proveer
caudal adicional. También se utilizaban ramales adicionales (ramus). En los puntos de distribución se entregaba el agua por tuberías (fistulae) de arcilla o plomo. Estos tubos estaban conectados al castellum mediante un adaptador (calix) y se ubicaban generalmente por debajo del nivel del terreno de las calles principales.
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| Locación de castellum romano |
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| Castellum |
Los tratados de Vitruvius (84 A.C.) y Sextus Julius Frontinus (40 a 103 D.C., en De Aqueaductu Urbis Romae
traducido en 1973) no contribuyeron al desarrollo científico de la
hidráulica, pero si permiten dar un vistazo a la planeación,
construcción, operación y manejo de las estructuras hidráulicas romanas.
Los griegos nos legaron los grandes logros científicos y los romanos el
mejoramiento en la tecnología hidrotécnica.
El riego no fue motivo de gran preocupación para los romanos debido al
terreno fértil y los ríos intermitentes. Los romanos, sin embargo,
drenaron los pantanos para obtener más tierras de cultivo ya que estaban
preocupados por el mal aire, o los "espíritus dañinos," que emergían de
los pantanos, y que pensaban que causaban enfermedades. El mecanismo de
diseminación de la enfermedad no era el aire, sino los mosquitos
portadores de malaria. Empédocles, el estadista líder de Acragas en
Sicilia durante la guerra persa (siglo VI A.C.), drenó los pantanos
locales de Selinunte para mejorar la salud de la gente. También
desarrolló la teoría de que toda materia está compuesta de cuatro elementos: tierra, aire, fuego y agua.
La caída del Imperio Romano se
extendió por un período de transición de 1.000 años en la llamada Edad
Oscura. Durante este período, los conceptos de la ciencia relacionada
con los recursos de suelo y agua probablemente retrocedieron a sus
aspectos básicos. Después de la caída del Imperio Romano, con la llegada
de la Edad Media tuvo lugar el fenómeno de fragmentación feudal y las
obras geoténicas e hidrotécnicas se redujeron en Europa ya que no eran
promovidas por los gobernantes. El feudo era autónomo en todos los
sentidos, incluyendo la defensa militar de la tierra. La producción no
era muy grande pues no era necesario.
Los registros históricos hablan de condiciones insalubres del agua
increíblemente contaminada, desechos humanos y animales en las calles, y
el agua arrojada por las ventanas a los transeúntes, así como grandes
extensiones de suelo contaminadas por estos desechos. Lo anterior dio
lugar a que varias epidemias asolaran Europa y diezmaran su población.
La peste negra acabó con un tercio de la población del continente
Europeo. Esto provocó la desaparición de los feudos y el inicio del régimen de los burgos
o la burguesía. En contraste, durante el mismo período, las culturas
islámicas en la periferia de Europa habían obligado religiosamente a
mantener altos niveles de higiene personal y estas poblaciones no
sufrieron los efectos devastadores de las epidemias.
Durante el período de fragmentación feudal, la construcción hidrotecnica
en Europa occidental se redujo a pequeñas obras, tales como los molinos
de agua, suministro de agua de las ciudades y castillos. Con el
desarrollo del comercio y la artesanía en los siglos XIII y XIV,
aparecieron obras hidráulicas más modernas, exclusas de navegación y
otras estructuras fueron construidas en las vías navegables y en los
puertos, y se complementaron con obras de riego y drenaje.
Hasta el año 1500 D.C., la ingeniería se había enfocado en la minería,
la metalurgia y la construcción de caminos y ductos de agua potable.
Existen algunos libros valiosos tales como "Tratado", de Glido
Toglieta, escrito en 1587 D.C. que describe con gran detalle la técnica
de la construcción de caminos. En 1622 apareció la obra de Nicolás
Bergier "Carreteras del Imperio Romano". Hacia 1700 D.C., los
gobiernos de las ciudades emergentes empezaron a destinar fondos
públicos para la construcción de redes del abastecimiento de agua y
drenaje para el desalojo de las aguas negras.
Respecto a la enseñanza formal, desde el siglo XII se fundaron las
universidades de París, Oxford y Cambridge. La educación básica medieval
era llamada trivium,y en el siguiente grado de enseñanza era quatrivium.
La reformas de la escuelas del medievo hacia el año 1000 D.C. en
Italia, provocó que casi cualquiera persona pudiera estudiar en la
escuelas públicas. A pesar de eso, la educación estaba controlada por el
clero.
Durante los siglos XVII y XVIII apareció la fabricación de manufactura,
el comercio aumentó, y el crecimiento de las ciudades involucró un nuevo
incremento en la construcción de obras hidrotecnicas. Las obras de
Galileo, Blas Pascal, Isaac Newton, M. V. Lomonosov y D. Bernoulli
desarrollaron considerablemente la base teórica de la hidrotecnia,
posibilitando así la evolución a estructuras hidrotecnicas más
complejas. En el siglo XVIII y principios del siglo XIX, la importancia
de las vías navegables aumentó sustancialmente; muchos canales
navegables fueron construidos en Francia, Inglaterra y otros países (el
más conocido el Canal de Suez); y se desarrollaron las instalaciones
portuarias (por ejemplo, los muelles de Londres y Liverpool y los
rompeolas en Cherburgo y Génova).
La hidrotecnia en Rusia avanzó durante los siglos XVII y XVIII: se
fabricaron más de 200 de presas e instalaciones hidráulicas en los
Urales, Altai y en otras localidades (se destacan la presa Zmeinogorsk,
una presa de tierra con una altura de 18 metros y la instalación de
energía hidráulica construida por K. D. Frolov en 1780); se construyeron
nuevas vías, incluyendo los sistemas Mariinsk, Tikhvinka y Vishnii
Volok (que conectan el Volga con el mar Báltico) y el sistema de
Sever-naia-Dvina.
La invención de máquinas de vapor y la aparición de los ferrocarriles en
Europa occidental a principios del siglo XIX habían disminuido el
interés en las instalaciones hidráulicas y el transporte por agua. Pero
durante la segunda mitad del siglo XIX la construcción hidrotécnica tuvo
un nuevo aumento, causado por el crecimiento de la industria y la
agricultura y el desarrollo de las grandes ciudades que requirió el
suministro de agua. Las antiguas vías navegables fueron reconstruidas y
se construyeron otras nuevas, obras de riego y drenaje a gran escala se
llevaron a cabo, y aparecieron las modernas plantas hidroeléctricas.
Todo esto fue soportado por el progreso general en la tecnología, como
el desarrollo de la ingeniería mecánica, la transmisión de energía
eléctrica a largas distancias, el uso del concreto reforzado y la
mecanización de la construcción.
El auge de la ingeniería mecánica en este período llevaría a desarrollar
modelos teóricos y matemáticos de materiales diferentes a los metales,
dando lugar al nacimiento de la mecánica de suelos y de rocas.
Durante los finales del siglo XIX y principios del siglo XX en Rusia el
desarrollo económico del país dio lugar a una reactivación de la
construcción hidrotecnica, principalmente en el transporte por agua,
riego y drenaje del suelo y los suministros de agua. Sin embargo, el
poder del agua de los ríos prácticamente no fue utilizado por los
problemas geotécnicos derivados de las particulares condiciones
naturales del país. Una vez se encontró una solución satisfactoria para
el problema de la construcción de cimientos de presas sobre arcillas,
típicos de los ríos de llanuras en el país (los trabajos de Terzaghi
hacia 1925 permitieron construir las presas Svir', Rybinsk y
Tsimliansk); se desarrollaron nuevos tipos de las presas en concreto y
concreto reforzado; se crearon nuevos diseños para exclusas navegables,
bocatomas y las obras de regulación y puerto; se mejoraron los métodos
de producción de mano de obra; y se introdujeron métodos eficientes de
erigir presas y complejos de hidroingeniería (tales como los métodos de
trabajo sin drenaje preliminar del sitio de construcción y de rellenos
hidráulicos vertiendo tierra en agua que fluye).
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
Desde el tiempo en que se redactó la Biblia, se tenía clara la
importancia de la construcción de una buena cimentación para el adecuado
funcionamiento de una estructura, baste para ello leer la parábola del constructor sabio y del escaso de juicio:
"Les voy a decir a quien se parece el que viene a escuchar mis
palabras y las practica. Se parece a un hombre que, al construir su
casa, cavó bien profundamente y puso los cimientos sobre la roca, vino
una inundación y la corriente se precipitó sobre su casa, pero no pudo
removerla porque estaba bien construida. Por el contrario, el que
escucha mi palabra pero no la practica, se parece al hombre que
construye su casa sobre tierra sin cimientos. La corriente se precipitó
sobre ella y en seguida se desmoronó, siendo grande el desastre de la
casa". Lucas 6:47-49.
La afirmación "Una estructura no es más fuerte que sus conexiones",
hace pensar en las uniones individuales entre elementos estructurales,
pero también aplica a la conexión entre una estructura y el terreno que
la soporta. Las conexiones son conocidas como fundaciones. Los
constructores antiguos sabían que la estructura diseñada con el mayor
cuidado puede fallar si no es soportada por una fundación apropiada. A
pesar que los constructores han reconocido la importancia de contar con
cimentaciones firmes, y que la construcción de fundaciones se ha
extendido por miles de años como un arte, la disciplina de la ingeniería de cimentaciones
(una de las principales ramas de la Geotecnia), como es conocida hoy en
día, no comenzó a desarrollarse hasta finales del siglo XIX.
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| Interacción Suelo-Estructura Modificación del movimiento del campo libre debido a la presencia de estructuras (A Soriano) |
Vitruvio escribió sus 10 tomos De Architectura
en el siglo I A.C. auspiciado por el emperador romano Octavio, después
de haber sido arquitecto e ingeniero para el emperador Julio César y
haber construido las primeras máquinas de asedio del emperador Augusto,
retirándose a su muerte. Su obra presenta una detallada descripción de
la tecnología militar conocida hasta el momento, describiendo la
planificación de las ciudades, los materiales de construcción, y la
acústica; explica el funcionamiento de relojes de agua y relojes de
sol, así como todos los tipos de bombas hidráulicas.
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| Molino de rueda vertical de transmisión indirecta descrito por Vitruvio (año 27 A.C.) |
Respecto de las cimentaciones Vitruvio indicó:
"Que los cimientos de esas obras se excaven en un sitio sólido y una
base sólida si se puede encontrar, tanto como puedan ser proporcionales
al tamaño de la obra; y que en todo el sitio se trabaje en una
estructura tan sólida como sea posible. Y que los muros se construyan
sobre el suelo bajo las columnas, la mitad del espesor que las columnas
han de poseer, de modo que las porciones más bajas son más fuertes que
el más alto. . . . Los espacios entre las columnas contarán con arcos, o
sólidos mediante muros compactados, de modo que las columnas estén
apartados."
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| Cimiento descrito por Vitruvio (Herle, Ivo. 2004) |
"Pero si no se encuentra una fundación sólida, y el suelo bajo el
sitio es tierra suelta o pantanosas, entonces debe excavarse, despejarse
y rehacerse con pilotes de aliso o de oliva o de roble carbonizado, y
los pilotes deben ser hincado muy cercanos por las máquinas, y los
intervalos entre pilotes han de cubrirse con carbón. A continuación, las
fundaciones deben llenarse con estructuras muy sólidas. "
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| Máquina de pilotaje romana (Herle, Ivo. 2004) |
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| Máquina de pilotaje del siglo XVIII |
Los cimientos superficiales romanos se construían originalmente con
ladrillos secados al sol y luego con ladrillos secados al horno. También
se construían fundaciones con losas secadas al horno reforzadas con
madera, pero se erosionaban fácilmente luego de las inundaciones y las
estructuras colapsaban.
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| Cimiento superficial romano de losa secada al horno con refuerzo de madera |
Esta situación condujo al desarrollo de elementos estructurales más
estables que brindaran mayor durabilidad a las edificaciones, y entonces
se utilizó un nuevo material que producía mejor desempeño estructural
conocido como concrescere (raíz latina para el término 'fundirse'
o 'unirse') o concreto el cual utilizaban encofrado entre muros de
mampostería, como se utilizó en la placa de fundación del coliseo
romano.
El Coliseo Romano
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| Coliseo |
La técnica de construcción de anfiteatros
fue depurada por los griegos quienes los construían, por lo general, en
una ladera aprovechando la pendiente natural de los taludes para la
ubicación de los asientos, que miraban a la Arena situada en la parte
baja - como se hizo con el Circo Máximo, que se encuentra en el valle
entre el Aventino y Palatino. El ANFITEATRO o unión de dos teatros fue una invención romana (los griegos únicamente disponían de teatros).
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| Teatro de Epidauro (Grecia) |
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| Diseño del teatro de Epidauro (Grecia) |
El antiguo Coliseo romano fue el primer anfiteatro independiente de
taludes naturales. Situado en el corazón de Roma, Italia, es una
maravilla de la ingeniería del mundo antiguo. Con un diseño único y un
plan de construcción, el Coliseo (Colosseum en el latín original; Colosseo en el actual italiano)fue el mayor edificio construido durante la era romana.
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| Coliseo romano |
Originalmente se denominaba Anfiteatro Flavio (Amphitheatrum Flavium), en honor a la Dinastía Flavia de emperadores que lo construyó, y pasó a ser llamado Colosseum por una gran estatua ubicada junto a él, el 'Coloso de Nerón', construida y en bronce, de más de 30 m de altura, y no conservada actualmente.
Es famoso por su diseño único de ingeniería y esplendor arquitectónico.
Un enorme anfiteatro de forma ovalada con una capacidad de 50,000
espectadores sentados, el Coliseo fue en su momento la estructura de
ingeniería más grande jamás construida.
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| Antiguo Coliseo |
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| Esquemas del Antiguo Coliseo |
Se construyó justo al Este del Foro Romano, y las obras empezaron entre
el 70 D.C. y el 72 D.C., por el emperador romano Vespasiano, siendo
terminado por su hijo Tito, después de 8 años, en el año 80 D.C.. A
partir de entonces, se hicieron renovaciones y mantenimiento, durante el
reinado del hermano menor de Tito, el emperador Domiciano (81-96 D.C.).
Inicialmente, el anfiteatro fue utilizado para la celebración de
combates de gladiadores y espectáculos públicos, tales como simulacros
de batallas navales, caza de animales, ejecuciones, recreaciones de
famosas batallas, y obras de teatro basadas en la mitología clásica.
El Coliseo es una estructura totalmente independiente, de 189 m (615
pies) de largo, 156 m (510 pies) de ancho y con un área de base de apoyo
de 7,5 acres (24.000 m2 aproximadamente ). La pista central es de forma
oval, con 287 pies de largo y 180 pies de ancho. Las dimensiones de la
arena del anfiteatro se estiman en 83 m x 48 m (272 pies por 157 pies).
Se encuentra rodeada por un muro de 15 pies de alto, con escaños de
asientos sobre él.
Fue diseñado (como tantos otros edificios de la antigua Roma), utilizando el principio del arco. Hay 80 arcos de entrada
que se ejecutan a lo largo del perímetro de las paredes externas e
internas, y muchos más también van al centro (como los rayos de una
rueda de bicicleta) la creando pasillos internos y túneles que circulan
alrededor de la estructura.
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| Planta del Coliseo |
La altura del muro exterior del anfiteatro es de 48 m (157 pies), con un
perímetro original de 545 m (1.788 pies). Se calcula que el muro
exterior del anfiteatro requiere más de 100.000 m3 (131,000 yardas
cúbicas) de piedra de travertino. Las piedras utilizadas en la pared
exterior del Coliseo se acomodaron sin mortero. De hecho, se mantienen
unidas por 300 toneladas de abrazaderas de hierro. La fachada
sobreviviente de la pared exterior del Coliseo Romano, se compone de
tres pisos de arcadas superpuestas, enmarcada por medias columnas de
orden dórico, jónico y corintio. Las arcadas del anfiteatro han sido
coronadas por un podio en el que se encuentra un ático de altura,
decorada con pilastras corintias.
La construcción de la Fundación
La construcción del Coliseo empezó bajo el mandato del emperador
Vespasiano, entre el 70 y 72 D.C. El emplazamiento elegido era un área
llana entre las colinas de Celio, Esquilino y Palatino, a través del
cual fluía una corriente canalizada. El emplazamiento donde se contruyó
el anfiteatro había sido devastado por el Gran Incendio de Roma
en el 64 D.C., y aprovechando esta circunstancia, Nerón se apropió de
gran parte del terreno para edificar su residencia: la grandiosa Domus Aurea "Casa de Oro"(Domus Aurea). En ella ordenó construir una laguna artificial, la Stagnum Neronis, rodeada de jardines y pórticos. El ya existente acueducto de Aqua Claudia se amplió para que llegara hasta esa zona, y la gigante estatua de bronce conocida como el Coloso de Nerón se colocó al lado de la entrada de la Domus Aurea.
El lago se vació al Tiber y luego se inició el proceso de construcción.
Se colocó primero una gruesa capa de concreto en el fondo del lago para
crear una base sólida. Es de anotar que a medida que la base se
encontraba muy pantanosa, los trabajadores debían cavar debajo del lecho
del lago hasta encontrar un terreno firme. La zanja se rellenaba
entonces con concreto hasta el nivel inicial. La fundación fue
construida sobre esta base sólida de concreto.
Grandes piedras de travertino, estructuras rocosas formadas a partir de
carbonato de calcio, fueron traídas de un pueblo cercano llamado Tivoli
para construir de la base de la edificación. Estas piedras se unieron
entre sí mediante barras de hierro y mortero. Cuatro túneles fueron
construidos utilizando estas piedras, incluyendo algunas cámaras de
concreto. El conjunto de los túneles y las cámaras, conforman el soporte
para el estadio y la distribución de los asientos.
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Cimientos del Coliseo Romano (70-80 D.C.) construido por los
emperadores Vespasiano y Tito, en piedra y concreto.
Su capacidad fue de 50,000 espectadores.
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La construcción de los Muros
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| Arcos y columnas del Coliseo |
La estructura del Coliseo por encima de la cimentación consta de 4
plantas. La altura total de la estructura, es de alrededor de 48 m,
mientras que la altura de cada piso tiene entre 10-14 m. Las 3 primeras
plantas contaban con un total de 80 arcadas con columnas. El sótano,
primer, y segundo nivel tienen columnas de orden dórico, jónico y
corintio, respectivamente. El cuarto nivel, construido por Alejandro
Severo cuando renovó la edificación en el 230 D.C., posee un tipo de
columna conocido como Pilastra Corintia. El nivel superior también tenía
80 cámaras con pequeñas aberturas para colocar las vigas de los
parasoles de sombrío.
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| Las 4 plantas del Coliseo |
Se utilizaron piedras de travertino para los muros exteriores del
edificio, mientras que las paredes internas fueron construidas con toba
(tufa), una especie de roca volcánica que fue traída de las estructuras
antiguas de la ciudad. Los pedestales en todo el edificio son de mármol.
Los enormes bloques de mármol se unieron inicialmente con barras de
hierro, sin embargo más tarde se utilizó mortero. Carros tirados por
bueyes se usaron para acomodar los bloques de mármol.
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| Cantera de Travertino en Tivoli (Italia) |
La construcción de la Arena
El Coliseo cubre una distancia total de 7,5 hectáreas. El término
"Arena" está tomado de una palabra latina que significa "arena" ('sand',
en inglés). La Arena está cubierta en un área de 79 x 45 m, por un
entrepiso hecho de madera y arena. La arena se usó en el piso para que
la sangre de los combatientes fuera fácilmente absorbida y los
gladiadores pudieran tener un apoyo firme. Por otra parte, se utilizaron
fuertes redes para cubrir la periferia del escenario y para evitar que
los animales salvajes atacaran a la audiencia.
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| Arena del Coliseo |
La entrada a la Arena estaba en el sótano, a través de una escalera. En
el sótano también había cuartos donde los gladiadores eran alojados o
encarcelados. Los animales salvajes también se mantenían en cámaras
pequeñas debajo del sótano. A estas cámaras subterráneas con piso de
madera se podía llegar a través de un túnel que se abre a las afueras
del Coliseo.
La construcción de las Plazas
Se dice que el Coliseo podía acoger un total de 50,000 espectadores. La
distribución de las sillas está dispuesta en capas una tras otra, algo
similar a la disposición actual de las salas de cine convencionales y
anfiteatros. El arreglo se dividió en 5 niveles y cada nivel se dedicó a
gente de una estatura particular en la sociedad, un rasgo que fue muy
frecuente en la época romana.
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| Distribución de las plazas |
La sociedad estaba dividida en clases y en esa misma forma se
distribuyeron los asientos del Coliseo. El nivel más bajo o el más
cercano a la arena, estaba reservado a los VIP, como sacerdotes,
miembros de las familias reales, senadores y diplomáticos. Dos palcos
especiales en el mismo nivel, en los extremos norte y sur,
proporcionaban la mejor vista para el Emperador, su Emperatriz y las
vírgenes vestales.
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| Tribunas del Coliseo |
El siguiente nivel estaba formado por personas de la clase noble y los
caballeros. El nivel superior se divide en dos secciones y era para los
ciudadanos comunes. La sección más baja fue para los ciudadanos ricos,
mientras que la parte superior era para los pobres. El nivel superior se
reservó para la gente de la clase más baja, las mujeres y los esclavos.
Los asientos en este nivel eran extremadamente incómodos y de madera.
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| Algunos aspectos del Coliseo |
Hubo un total de 76 entradas previstas para el Coliseo para que la gente
pudiera entrar y salir del edificio de forma rápida y sencilla. De las
76 entradas, cuatro estaban reservadas para el Emperador y VIPs.
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| Entrada al Coliseo |
Los investigadores también dicen que los canales en el sótano del
edificio se utilizaron para llenar el Coliseo con el agua para la
realización de simulacros de batallas navales. Sin embargo, no hay
ninguna prueba sustancial de esto ya que los ladrillos que se utilizan
en las paredes de los canales no son del tipo resistente al agua.
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| Perfil del Coliseo |
El Coliseo romano se mantuvo en uso durante casi 500 años. En 438 D.C. se prohibieron las luchas de gladiadores
y los últimos juegos con animales registrados, se llevaron a cabo en el
siglo VI D.C. (523 D.C.). Fue en la época medieval que el anfiteatro
dejó de ser utilizado para propósitos de entretenimiento. A partir de
entonces, fue utilizado para alojamiento, talleres, cuartos para una
orden religiosa, fortaleza, cantera y santuario cristiano. Aunque en
ruinas por los terremotos y los ladrones de piedras, el anfiteatro es
todavía un símbolo de la Roma Imperial que conserva el 40% de su estructura original.
Se estima que los juegos en el Coliseo cobraron la vida de unas 500.000 personas y más de un millón de animales.
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
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| Puente natural en roca Montañas Amarillas. China |
CHINA
En China, las primeras civilizaciones surgieron en torno al año 3200 A.C. a orillas de los principales ríos: el Huang He (Amarillo), el Chang Jiang (Yangtsé)
y el Xi Jiang. Al igual que los pueblos de Sumer, Egipto y el valle del
Indo, los agricultores chinos dependían de los ríos de su país para el
transporte de mercancías y para regar sus cosechas: los arrozales
necesitaban las inundaciones de primavera. Pero los chinos también se
enfrentaban a dos peligros; las inundaciones excesivas y las
incursiones devastadoras de tribus procedentes del norte y del oeste.
Como ocurrió en Egipto, Mesopotamia y las ciudades del valle del Indo,
hay un río en los comienzos de la civilización china: el poderoso e
impredecible río Amarillo. Hacia 4000 A.C. (casi al mismo tiempo que los
mesopotámicos), los chinos comenzaron a cultivar, primero mijo (cereal con el que se elaboraron los primeros fideos) y luego arroz, a lo largo del más septentrional de los principales ríos de China.
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| Mijo |
Las primeras ciudades de China aparecieron en el norte del país hacia el
año 3000 A.C., durante el período Longshan, en torno al Huang He (río Amarillo). Según la tradición, Huangdi, el Emperador Amarillo,
fue el primer emperador hacia el año 2700 A.C. La primera dinastía fue
la Xia, que gobernó durante cuatro siglos desde el año 2200 A.C. Se cree
que Yu, su fundador, fue quien «domesticó» los ríos al construir diques para detener las inundaciones y también canales de irrigación.
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| Mapa del río Amarillo |
Los historiadores consideran a la posterior casa Shang, llamada también
Yin, como la primera dinastía que unió las antagónicas y guerreras
ciudades-estado del río Amarillo, en el siglo XVI A.C. La dinastía Shang
gobernó el norte de China durante más de seis siglos. Vivieron en una
cadena de ciudades a lo largo del Huang He y tenían su capital en
Anyang, una ciudad con muchos palacios y templos, construidos
principalmente con madera tallada. La dinastía Zhou sustituyó a la Shang
en el año 1122 A.C.
El pueblo Shang cultivaba mijo, trigo y arroz, y también moreras para
alimentar a los gusanos de seda, gracias a los que producían un
espléndido tejido. Criaban ovejas, cerdos, vacas, perros y gallinas, y
cazaban ciervos y jabalíes salvajes. Los Shang empleaban caballos para
arrastrar arados, carros y carretas. Al principio utilizaban las conchas
de cauri como moneda, y después se sirvieron del bronce. Eran muy
hábiles en los trabajos con bronce y jade, y realizaban objetos tanto
religiosos como cotidianos muy elaborados.
Hacia el año 1600 A.C., los Shang desarrollaron las primeras formas de
la caligrafía china: una escritura pictórica en la que cada letra
representaba una palabra. La escritura china que conocemos hoy
evolucionó a partir de la escritura shang. Los Shang adoraban a sus
antepasados, a quienes consideraban sabios guías de su vida, y
consultaban oráculos cuando debían tomar decisiones.
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| Caligrafía Shang |
El bronce es una mezcla de cobre y estaño que, cuando se pule, parece
oro. Los Shang prosperaron gracias a su trabajo con este metal, un
material muy duro que tenía muchos usos en herramientas, artículos
domésticos y armas. El bronce también se utilizaba para fabricar adornos
y artículos religiosos o artísticos. Se fundía en moldes de ardua donde
se labraban ornamentos o motivos de cualquier índole. El uso del bronce
supuso un inmenso avance tecnológico en todo el mundo.
También bajo el gobierno Shang, que establecieron su capital en Anyang
(a partir de 1300 A.C.), los chinos primitivos trazaron un mapa del
cielo con los movimientos del Sol y las estrellas para predecir la
llegada de las estaciones, llevaron registros astronómicos que rivalizan
con los egipcios y diseñaron un excelente calendario de 12 meses.
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| Reloj de sol en bronce |
Durante la dinastía Shang se construyeron muchos diques para riego,
aunque no hay evidencia de que se hubieran adoptado medidas para
estabilizar cimientos o verificar la erosión causada por las
inundaciones. También se dieron recomendaciones para construir caminos y
puentes.
La mayoría de los canales construidos
tenía el tamaño adecuado para la irrigación, pero no para la
navegación. Después de 3000 años, la longitud del sistema de irrigación
chino es de más de 320,000 km. El canal más largo, el Yun-ho o Gran
Canal, tiene 1920 km y corre desde Tientsin hasta Hangchow; su
construcción requirió de 1000 años. Los chinos fueron los primeros
constructores de puentes, con características únicas. Lograron uno de
los inventos más importante de todos los tiempos, el papel. Después, los
árabes aprendieron de los chinos el método de fabricación del papel, y
lo produjeron en grandes cantidades.
También se cree que los chinos inventaron la pólvora. Es irónico que
esta invención china, junto con el cañón eliminara las murallas. Los
chinos fueron los primeros en inventar mecanismos de escape para los
relojes. Otro descubrimiento importante de los chinos fue la brújula,
que rápidamente se extendió, para ser de uso común alrededor de 1200
D.C.
Con la llegada del budismo a China durante la dinastía Han del Este en
el 68 D.C., miles de pagodas se construyeron. Muchas de estas
estructuras fueron construidas sobre capas de limo y arcilla blanda. En
algunos casos la presión de la fundación excedía la capacidad de soporte
del suelo y por lo tanto causaba daños estructurales debidos a los
asentamientos.
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| Pagoda china |
La Técnica del Suelo Apisonado
Los Chinos desarrollaron técnicas manuales de compactación mecánica del
suelo (mejoramiento), como la del suelo apisonado. La evidencia de los
primeros usos de la tierra apisonada se ha visto en el Neolítico, en los
sitios arqueológicos de la cultura Yangshao y la cultura Longshan en
China a lo largo del río Amarillo, que data de 5000 A.C.. En el año 2000
A.C., la técnica de la tierra apisonada era de uso general en la
arquitectura de las paredes y cimientos en China.
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| Técnica de Compactación del Suelo en la antigua China |
Dentro del uso del suelo por parte del hombre, la tierra apisonada
es una técnica de construcción antigua, desarrollada de manera
independiente en algunas partes de China, Oriente Medio y el norte de
África. En ésta, el suelo (o una combinación de pizarra, cal, grava,
limo y arcilla) y es tomado del sitio de obra y compactado entre
tableros de encofrado vertical, que se retiran dejando una pared de masa
de suelo.
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| Tierra apisonada en India |
La técnica se extendió en las regiones donde el suelo no es suficiente
para hacer ladrillos de barro secados al sol, o donde la falta de la
madera hace que su uso para la construcción sea poco rentable.
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| Ruinas de una torre de vigilancia china de la dinastía Han (202 A.C. - 220 D.C.) hecha de tierra apisonada en Dunhuang, Gansu provincia, el extremo oriental de la Ruta de la Seda. |
Ciudades enteras como Jericó y Babilonia fueron construidas utilizando tierra,
incluyendo monumentos y templos. Edificaciones históricas construidas
con tierra apisonada pueden encontrarse en diferentes lugares del mundo
como África, Marruecos, España, India, Nepal y Alemania. La técnica fue
llevada a Inglaterra por los Romanos hace aproximadamente 2000 años, así
como a Francia y España. Se estima que hoy día el 30% de la población
mundial vive en casas construidas con tierra sin secado al horno, el 50%
de estas personas corresponden a países en vías de desarrollo y el 20%
en áreas urbanas y sub urbanas.
La sección en el desierto de la Gran Muralla de China (
y partes del Palacio de Potala en Lhasa (Tibet) están hechas de tierra
apisonada. En el norte de África y España, los musulmanes bereberes
utilizan tapial para construir las fortificaciones durante el califato
islámico.
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| Sección de la Gran Muralla China en el desierto construida en tierra apisonada |
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| Palacio de Potala en Lhasa (Tibet) |
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| Palacio de la Alhambra, Granada, España |
La tierra apisonada, también conocida como rammed earth (en inglés), taipa (en portugués), tapial (en español), pisé de terre o simplemente pisé
(adobe) (en francés), es una antigua técnica de construcción utilizada
en la construcción de las paredes usando las materias primas de la
tierra. Los muros de tierra o barro son fáciles de construir,
incombustibles, térmicamente masivos, muy fuertes y duraderos. Sin
embargo, requieren mucha mano de obra para la construcción sin
maquinaria (compactadores motorizados), y, si no son protegidos
o mantenidos adecuadamente, son muy susceptibles a la erosión del agua.
La construcción de un muro de tierra apisonada
implica la compresión de una mezcla húmeda de suelo con las
proporciones adecuadas de arena, grava y arcilla (a veces con adición de
un estabilizante) dentro de un encofrado (formaleta) de apoyo externo,
un sólido muro de tierra, o entre bloques. Históricamente, los
estabilizadores como la cal o sangre de animales, fueron utilizados para
estabilizar el material, mientras que la construcción moderna utiliza
cal, cemento o emulsiones de asfalto. Algunos constructores modernos
también añaden óxidos de colores u otros elementos tales como botellas o
trozos de madera para imprimir variedad a la estructura.
Para la construcción de una pared, debe construirse un marco temporal
(encofrado) de madera como un molde, para darle la forma deseada y las
dimensiones de cada sección de la pared. Los marcos deben ser
resistentes y quedar bien atracados, con las dos caras opuestas de la
pared apretadas, para evitar abultamiento o deformación debida a las
elevadas fuerzas de compresión.
El material húmedo se coloca a una profundidad entre 10 y 25 cm, y se
comprime hasta cerca del 50% de su altura original. La compresión del
material se realiza iterativamente en lotes, para construir poco a poco
por la pared hasta la altura. La compresión a mano se realiza con un
palo compactador largo y es muy laboriosa. La construcción moderna puede
ser más eficiente mediante el empleo de equipo compactador neumático de
alta potencia.
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| Apisonadores |
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| Encofrados o formaletas |
Una vez que la pared está completa, es suficientemente fuerte para que
los encofrados puedan ser removidos inmediatamente. Esto es necesario si
se desea una textura de la superficie (por ejemplo, aplicada con un
cepillo de alambre), ya que las paredes se vuelven muy difíciles de
trabajar después de un corto tiempo de desencofradas (una hora). Las
paredes quedan mejor construidas en clima cálido para que puedan secarse
y endurecerse. Los muros toman algún tiempo para secar totalmente, y
pueden tardar hasta dos años para curar por completo. La resistencia a
la compresión aumenta con el aumento en el tiempo de curado, y las
paredes expuestas deben ser selladas para evitar daños por agua.
En variaciones constructivas modernas del método, los muros suelo
apisonado se construyen en la parte superior de zapatas convencionales o
de losas de concreto reforzado.
Si se utilizan bloques hechos de tierra apisonada, estos son
generalmente apilados como mampostería regular, pero se unen entre sí
con una mezcla de barro fino en lugar de cemento. Máquinas especiales,
por lo general con motores pequeños y portátiles, se utilizan a menudo
para comprimir la tierra en bloques.
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| Construcción de suelo apisonado sobre la cimentación |
La resistencia a la compresión de la tierra apisonada puede ser de hasta
4,3 MPa (620 psi). Esta es menor que la resistencia a la compresión de
un espesor de concreto similar, pero suficientemente fuerte para su uso
en edificios residenciales. De hecho, un suelo apisonado bien construido
puede soportar cargas durante miles de años, como se puede apreciar en
muchas de las estructuras antiguas de todo el mundo aún en pie.
La tierra apisonada reforzada con alambre, acero, o tiras de refuerzo de
madera o de bambú, puede utilizarse para prevenir la falla estructural
causada por terremotos o tormentas fuertes. La mezcla de cemento con la
mezcla de tierra también puede aumentar la capacidad de soporte de carga
de la estructura, pero sólo se puede utilizar en mezclas con bajo
porcentaje de arcilla.
La tierra apisonada
se ha utilizado en todo el mundo en una amplia gama de condiciones
climáticas, desde el húmedo del norte de Europa hasta las regiones secas
de África. El suelo es un recurso de amplia disponibilidad, bajo costo y
sostenible, y utilizarlo en la construcción tiene un impacto ambiental
mínimo. Esto hace que la construcción con tierra apisonada sea muy
asequible y viable para personas de bajos ingresos. Mano de obra no
especializada puede hacer la mayoría del trabajo, y hoy más del 30% de
la población mundial utiliza la tierra como material de construcción.
Mientras que el costo del material es bajo, la construcción de tierra
apisonada, sin herramientas mecánicas puede ser un proyecto muy lento,
pero con una compactación mecánica y encofrado prefabricado, se puede
tomar 2 a 3 días para construir los 200 a 220 m² de una casa regular.
Una de las ventajas significativas de tierra apisonada es su excelente
masa térmica , ya que como el ladrillo o el concreto, puede absorber
calor durante el día y liberarlo en la noche. También presenta mínimas
variaciones de temperatura y reducir la necesidad de aire acondicionado y
calefacción . Sin embargo, la tierra apisonada, también como el
ladrillo y el concreto, a menudo requiere de aislamiento en los climas
más fríos y debe protegerse de la lluvia intensa y aislarse con barreras
de vapor.
En su estado inalterado, las paredes de tierra apisonada presentan el
color y la textura de la tierra natural. Las manchas también puede
corregirse con una mezcla de suelo como un yeso y arena delgada. Se
deben evitar acabados impermeables a la humedad en estos muros, tales
como el resane con cemento, ya que se afectará la capacidad de la pared a
la de-absorción de humedad, lo que a su vez ocasionará una pérdida de
resistencia a la compresión.
El espesor y la densidad de muros de suelo apisonado es normalmente de
30 a 35 centímetros (12 a 14 pulgadas), y se presta naturalmente a la
insonorización . Estos muros son resistentes a las termitas, no tóxicos,
a prueba de fuego y, biodegradables. Clavos o tornillos se puede hincar
fácilmente en las paredes bien curadas, y pueden ser efectivamente
resanadas con el mismo material utilizado para su construcción.
Aspectos medioambientales y sostenibilidad de la tierra apisonada
Debido a que las estructuras de tierra apisonada utilizan materiales
disponibles localmente, por lo general conllevan un bajo contenido de
energía y generan muy pocos residuos. Los suelos utilizados son
típicamente bajos en contenido de arcilla, entre el 5% y 15%, por lo
general se utiliza la capa superior del suelo retenido para uso
agrícola. Idealmente, se puede utilizar la tierra removida para preparar
los cimientos de la edificación, reduciendo aún más los costos y la
energía utilizada para el transporte.
Las viviendas de tierra apisonada reducen la necesidad de madera debido a
que el encofrado es removible y se puede reutilizar continuamente. La
tierra apisonada puede controlar con eficacia la humedad en las paredes
que contienen arcilla y están expuestas en un espacio interior. La
humedad se mantiene entre 40% y 60%, que es el rango de humedad ideal
para los enfermos de asma y el almacenamiento de artículos susceptibles,
como los libros.
Cuando se utiliza cemento en la mezcla de suelo, beneficios sostenibles,
como el bajo consumo de energía incorporada y control de la humedad no
se harán realidad. La fabricación de cemento añade a la carga global de
dióxido de carbono, una tasa de 1,25 toneladas por tonelada de cemento
producida. La sustitución parcial del cemento por otras alternativas
como suelo y escoria granulada de alto horno, no ha demostrado ser
eficaz y conlleva a otras preguntas de sostenibilidad de la misma.
La tierra apisonada puede contribuir a la eficiencia energética general
de los edificios. La densidad, espesor y conductividad térmica de la
tierra apisonada, la convierte en un material especialmente adecuado
para energía de calefacción solar pasiva. El sol tarda casi 12 horas en
calentar un muro de 35 centímetros (14 pulgadas) de espesor.
La masa del material y el contenido de arcilla de la tierra apisonada permite que la edificación "respire" más que las estructuras de concreto, para evitar problemas de condensación sin pérdida importante de calor.
La vivienda de tierra apisonada ha demostrado resolver los problemas de
falta de vivienda causada por los altos costos de construcción, así como
ayudar a resolver el dilema ecológico de la deforestación y los
materiales tóxicos asociados con los métodos convencionales de
construcción.
La tierra apisonada desde el siglo XVI
La tierra apisonada siguió siendo utilizada en España bajo el dominio
cristiano, y se exportó al Nuevo Mundo en el siglo XVI. En Europa la
tierra apisonada fue utilizada como una técnica de construcción
vernácula a finales de la Edad Media y se sigue utilizando hoy en el
norte de África.
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Fortificación en tierra apisonada en España
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El siglo XIX vió un renovado interés por la tierra apisonada en el Reino Unido, liderado por Francois Cointeraux, en Francia. Él descubrió la técnica de la tapia
en Lyon y comenzó una investigación al respecto, iniciando una Escuela
de Tierra Apisonada en 1788. En 1790 y 171 publicó cuatro textos cortos,
independientes, sobre herramientas, suelo, encofrado y metodología de
construcción. Estos textos al circulas por Inglaterra avivaron el
interés por la construcción de edificaciones con tierra apisonada y
pizarra, al sur del país en el siglo XIX.
En la segunda década de 1800 en los Estados Unidos, la tierra apisonada
fue popularizada por un libro de Economía Rural de S.W. Johnson, que se
utilizó para construir la Borough House Plantation (1821) y la Iglesia
de la Santa Cruz en Carolina del Sur (1850-1852), que son dos monumentos
históricos nacionales de los Estados Unidos. Un ejemplo destacado de
tierra apisonada de la construcción en Canadá es la iglesia de San Tomás
de la Iglesia Anglicana (Shanty Bay, Ontario) construida entre 1838 y
1841.
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| Borough House Plantation |
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| Iglesia de la Santa Cruz, Stateburg, Carolina del Sur |
La década de 1920 hasta la década de 1940 fue un período de activa
investigación de la construcción con tierra apisonada en los EE.UU.. El
South Dakota State College llevó a cabo una amplia investigación y
construyó cerca de 100 muros de tierra apisonada a la intemperie.
Durante un período de treinta años, la universidad investigó el uso de
pinturas y revoques en relación con los coloides del suelo. En 1945 el
Clemson Agricultural College de Carolina del Sur, publicó sus resultados
en la investigación en un folleto llamado "Construcción de
Edificaciones de Tierra Apisonada".
En 1936, en una granja cerca de Gardendale, Alabama , el Departamento de
Agricultura de los Estados Unidos construyó una comunidad experimental
de edificios de tierra apisonada con el arquitecto Thomas Hibben . Las
casas fueron construidas a bajo costo y de venta al público, junto con
la tierra suficiente para un jardín y pequeñas parcelas de ganado. El
proyecto fue un éxito y proporcionó valiosas casas a familias de bajos
ingresos.
La Agencia de Desarrollo Internacional de EE.UU. está trabajando con los
países no desarrollados para mejorar la ciencia de la construcción
alrededor de casas de tierra apisonada casas. También financió la
redacción del "Manual de la Tierra apisonada" por la Texas A & M
University y el Instituto de Transporte de Texas.
El interés en la tierra apisonada se redujo después de la II Guerra
Mundial, cuando los costos de los materiales de construcción moderna
decayeron. El Tapial fue visto como una técnica constructiva inferior, y
con frecuencia encuentra la oposición de muchos contratistas,
ingenieros y comerciantes que no están familiarizados con esta técnicas
de construcción con tierra.
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| Edificio Eden Project, Cornwall, Inglaterra (2005) |
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| Interior de una vivienda en tierra apisonada |
La naturaleza reciclable y los bajos costos de transporte asociados con el uso del suelo excavado in situ, significa que la tierra apisonada ha encontrado un nuevo nicho como material de construcción sostenible.
Mecanismo de estabilidad de la tierra apisonada
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| Orientación de las partículas de suelo durante un proceso de compactación |
El principio de la tierra apisonada está directamente relacionado con el
proceso de compactación de una masa de suelo (proceso de
empaquetamiento de las partículas de un suelo lo mas cercanamente
posible por un medio físico o mecánico, incrementando la densidad seca),
en donde producto de los esfuerzos aplicados se van reorientando las
partículas de suelo, rompiendo enlaces interparticulares y se van
presentando procesos internos de reordenamiento de tensiones de poros
debidos a la succión.
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| Principio de compactación |
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| Compactación de los granos de suelo |
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| Curvas de compactación para diferentes tipos de suelos |
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| Comparación de diferentes métodos de compactación |
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| Efectos de mejoramiento del suelo mediante compactación |
La resistencia de la tierra apisonada
se debe a la presencia de puentes de agua entre los granos del suelo, y
como tal puede ser tratada como un suelo altamente insaturado (Jaquin,
Augarde et al. 2009). Cuando el suelo se satura, estos puentes son
eliminados y la tierra apisonada pierde su resistencia y se comporta
como un material puramente friccionante. Es entonces el suelo incapaz de
mantener las caras verticales necesarias para las paredes, y se apoya a
su ángulo de fricción natural.
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| Unión de partículas de suelo debida a la succión |
Jaquin, Augarde et al. (2009) demostraron que un aumento en el contenido
de agua de la tierra apisonada reduce su resistencia y rigidez, y
aumenta su ductilidad. La tierra apisonada se puede describir como altamente no saturada. El término "no saturado"
describe el suelo donde el aire y el agua están presentes en los poros
entre las partículas del suelo. En la interfaz del aire y el agua existe
un menisco que actúa como una lámina de tensión uniforme, dando lugar
al fenómeno de la tensión superficial. Este menisco mantiene el agua en
los poros a una presión menor que la presión atmosférica, y la
combinación de la menor presión del agua de los poros y la tensión de
los meniscos, proporciona una fuerza de atracción a lo largo de los
poros entre las partículas del suelo.
Esta fuerza de atracción provee a la tierra apisonada mayor resistencia y
rigidez que la de un suelo saturado o completamente seco, donde los
poros están totalmente llenos de agua o aire, respectivamente. Jaquin,
Augarde et al. (2009) demostraron que la presión (negativa) del agua en
los poros (denominada succión) está relacionada con la resistencia y la
rigidez de las muestras de tierra apisonada. La resistencia y rigidez de
tierra apisonada se reducirá cuando el suelo se satura y la fuerza de
atracción entre las partículas del suelo provista por los puentes de
líquido se pierde. El tamaño y la fuerza de los puentes líquidos es una
función de la humedad relativa del aire en los poros de la pared de
tierra apisonada, y con el incremento de la humedad relativa se lleva a
la disminución de la resistencia de los puentes líquidos y por tanto de
la tierra apisonada. Heath, Lawrence et al. (2009) demostraron que aún
al 100% de humedad relativa, las muestras de tierra apisonada no se
convierten en saturadas y pierden toda su resistencia. Se ha propuesto
que el agua corriendo sobre la superficie de una pared permite la
infiltración constante y causa erosión de la tierra apisonada.
El daño a la tierra apisonada causado por el agua es el resultado de que
se sature. La magnitud de la infiltración del agua es la que causa daño
a la tierra apisonada. El impacto de la lluvia en la cara de un muro de
tierra apisonada se describe a menudo como un mecanismo de erosión de
las paredes, y por lo tanto, los aleros extendidos son necesarios para
evitar que el agua impacte directamente en la superficie de la pared.
Sin embargo, se propone que es la velocidad a la que el agua puede
entrar en una pared, la que determina si la erosión de la pared ocurre.
La infiltración de una sola gota de lluvia en la cara de un muro
aumentará la humedad relativa de la pared en una pequeña cantidad, pero
este aumento de la humedad se transmite a través de todo el espesor de
la pared, lo que significa que se necesita mucho tiempo para que la
humedad relativa de los poros en la pared llegue al 100%.
Un ejemplo de la aplicación moderna de la técnica de tierra apisonada,
es el de la compactación de pilas de arena, en la cual se densifica el
suelo de cimentaciones profundas, reduciendo los espacios vacíos
mediante vibración.
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| Diagrama de fases de la densificación del terreno mediante compactación de pilas de arena (Barksdale & Takefumi, 1991) |
La construcción con tierra apisonada se debe apoyar sobre una cimentación en concreto,
de al menos 20 cm de espesor y 5 cm más ancha a cada lado que el
espesor del muro que se va a apoyar (Sección 2412 del Código de
Construcciones de Nuevo México, 1988). Este perímetro continuo de
cimentación mantiene estable el conjunto de muros y los eleva de la
superficie del terreno para preservarlos secos. Con frecuencia, se dejan
dovelas verticales de refuerzo, empotradas en la cimentación, con el
fin de proveer estabilidad al deslizamiento de las paredes ante cargas
horizontales.
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| Construcción de cimentación para proyecto en tierra apisonada |
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| Sección de proyecto en tierra apisonada |
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| Plano de proyecto de tierra apisonada |
Una Técnica Similar: Los Muros de Carga
Se denomina muro de carga o muro portante a las paredes de una
edificación que poseen función estructural; es decir, aquellas que
soportan otros elementos estructurales del edificio, como arcos,
bóvedas, vigas o viguetas de forjados o de la cubierta.
Cuando los muros soportan cargas horizontales, como las presiones del
terreno contiguo, que confinan, se denominan muros de contención.
Aunque en la antigüedad se construyeron muchos tipos de muros de carga,
los más antiguos que se conservan son de adobe o piedra. Se tiene
constancia de la existencia de pastas y morteros precursores del
hormigón desde los tiempos del Antiguo Egipto, pero fueron los romanos
los que impulsaron este material con la técnica del Emplectum,
consistente en crear dos hojas exteriores de sillares de piedra,
rellenas de un mortero de cal con arena y cascotes. Esta técnica
constructiva se ha repetido con ligeras variantes (como el Muro Dacio o Muralla Dacia), a lo largo de la historia.
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| Mapa de Dacia Romana (actual Rumania) |
En los lugares donde la piedra escaseaba o era excesivamente costoso
conseguirla, ésta se sustituyó por el barro en forma de adobe: un
ladrillo de barro secado al sol. Asimismo, se puede establecer un
paralelismo entre el emplectum y el tapial, una forma de construcción
consistente en aprisionar barro entre dos placas o encofrados de madera,
y compactarlo en sucesivas tongadas mediante mazos o pisones. Una vez
se terminaba una hilada de tapiales, se colocaban el encofrado encima, y
se repetía la operación. Con estas técnicas de tapial y adobe se
lograron erigir edificios de hasta seis alturas, algunos de los cuales
perduran en Yemen.
Pero el material más empleado para realizar muros de carga es el
ladrillo: una evolución del adobe cuya diferencia estriba en el proceso
de cocción, que le confiere mayor resistencia y durabilidad. El ladrillo
empleado en muros de carga suele ser macizo, aunque no es inusual
encontrar muros de carga de ladrillo perforado o incluso hueco en
viviendas de una o dos alturas. Una variante del muro de carga de
ladrillo es el realizado con bloque de hormigón, si bien no es posible
alcanzar grandes alturas por este método.
Al igual que en las épocas anteriores, también existe un reflejo del
emplectum romano en el empleo actual del hormigón en masa, donde, como
sucediera en el tapial, el hormigón se confina mediante encofrados hasta
que éste fragua y adquiere dureza.
La aparición del acero, capaz de soportar las tensiones de tracción,
posibilitó la aparición del hormigón armado y de las estructuras
metálicas, que modificó radicalmente la forma de construir, dejando
obsoletos los muros de carga. En la actualidad, estos muros sólo se
emplean en obras de poca entidad, como muros de contención de terreno en
obras públicas y en sótanos, siendo el resto de la estructura una
combinación de vigas y pilares, por lo que los muros rara vez adquieren
funciones portantes o estructurales, y su único propósito es el de
compartimentar o aislar los espacios.
Cimentación
Puesto que la función de los muros de carga es transmitir las cargas al
terreno, es necesario que estos muros estén dotados de cimentación, un
ensanchamiento del muro en contacto con el terreno que evita que el muro
"punzone" –se clave– en el terreno. La cimentación de los muros de
carga adopta la forma de zapata lineal o zapata corrida.
Huecos en Muros de Carga
Por su naturaleza, los muros son superficies continuas. Sin embargo, es
necesario practicar aberturas en ellos para conformar ventanas o
puertas, que iluminen, ventilen o comuniquen las estancias interiores.
Para ello se utilizan dos métodos: el dintel, o el arco.
Dintel
El dintel es una pequeña viga que se coloca encima del hueco para
desviar las cargas del muro hacia los laterales. Como todas las vigas,
funciona principalmente a flexión, por lo que precisa materiales que
trabajen bien tanto a compresión como a tracción. Hasta mediados del
siglo XIX, con el desarrollo del acero, el único material disponible que
reunía estas características era la madera, motivo por el cual los
edificios anteriores a esa fecha no pudieron realizar grandes huecos en
los muros de carga sin recurrir a los arcos.
Arco
Otra manera de desviar las cargas del muro hacia los lados del hueco es
utilizar el arco. Con esta técnica, el material trabaja fundamentalmente
a compresión: un tipo de esfuerzo apropiado para la piedra y el
ladrillo. De este modo, se consiguieron antiguamente huecos de grandes
luces en los edificios, como los vitrales de las catedrales góticas.
Existen no obstante otros dos métodos para abrir huecos en muros, ambos
híbridos entre el arco y el dintel: el arco de descarga, y la falsa
bóveda, como la empleada en las Pirámides de Egipto.
Tabiques y Muros de Carga en la Edificación
Los muros portantes soportan los forjados de los edificios. Por este
motivo, en los edificios que se emplean muros de carga, éstos se sitúan
en al menos dos de las fachadas, lugar donde, dado su mayor grosor, son
además particularmente adecuados como barrera térmica y acústica. De
existir más muros de carga, éstos se dispondrán paralelos a los de
fachada. Es relativamente fácil distinguirlos de los tabiques no
estructurales por su mayor grosor.
Sin embargo, en edificios mal construidos, especialmente si son
antiguos, no es inusual que la estructura se deforme y se asiente,
terminando por apoyar en la tabiquería interior, con lo que ésta pasa a
formar parte activa de la estructura. Por este motivo, derribar tabiques
en este tipo de edificios puede generar patologías en forma de grietas y
filtraciones.
La muralla dacia (en latín Murus Dacicus) define un método
constructivo usado para los muros defensivos y fortificaciones
únicamente en la antigua Dacia antes de la conquista romana. Es una
mezcla entre métodos constructivos tradicionales y exclusivos de los
dacios y métodos importados de la arquitectura romana. Un típico muro
sería de unos 3 metros de grueso y 10 m de alto, con un excepcional
acabado para la época. El conjunto de las fortalezas dacias de las
montañas Orastia, nombrado Patrimonio de la Humanidad en Europa por la
UNESCO en 1999, es un ejemplo de ciudadela construida usando este
método. Otro muro dacio está representado por la columna de Trajano en Roma.
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| Base de la Columna de Trajano (Roma) |
INGENIERIA EUROPEA
La Edad Media, a la que a veces se le conoce como el periodo medieval,
abarcó los años 500 hasta 1500 D.C., denominando Oscurantismo al periodo
entre los años 600 y 1000 D.C.. Durante este periodo no existieron las profesiones de ingeniero o arquitecto,
de manera que esas actividades quedaron en manos de los artesanos,
tales como los albañiles maestros. La literatura del Oscurantismo era
predominantemente de naturaleza religiosa, y quienes tenían el poder no
daban importancia a la ciencia e ingeniería. Los gobernantes feudales
eran conservadores, y sobre todo trataban de mantener el estado de las
cosas.
La mayoría de las personas debía tener el mismo oficio de sus padres.
Sin embargo, en la década de 1500 ocurrió una serie de descubrimientos
científicos importantes en la ingeniería y matemáticas, lo que sugiere
que aunque se había restado importancia a la ciencia, estaba ocurriendo
una revolución en el razonamiento con relación a la naturaleza y
actividad de la materia. El movimiento, fuerza y gravedad recibieron
considerable atención en plena Edad Media y más adelante.
Un invento que contribuyó a la terminación de la forma de vida con
castillos rodeados de murallas fue el cañón, que apareció en Alemania en
el siglo XIV, y para el siglo XV los castillos ya no se podían
defender.
El Renacimiento, que literalmente significa “volver a nacer", comenzó en
Italia durante el siglo XV. El redescubrirniento de los clásicos y el
resurgimiento en el aprendizaje llevan a una reevaluación de los
conceptos científicos de la antigüedad.
Uno de los límites obvios del desarrollo de la ingeniería ha sido la
facilidad con que se podían comunicar y comparar los pensamientos. La
invención de los anteojos en 1286, y el incremento considerable en las
obras impresas en Europa en el siglo XV, fueron dos acontecimientos
trascendentales en la expansión del pensamiento ingenieril. Desde luego,
otro factor importante en todo momento es la actitud de una sociedad
hacia una profesión. Durante el Renacimiento, los ingenieros nuevamente
fueron miembros de una profesión respetada e incluso algunos de ellos
recibieron buena paga. Filippo Brunelleschi fue un ingeniero bien
conocido de principios de 1400, y como la mayoría de los ingenieros bien
conocidos del Renacimiento, era ingeniero militar y civil, al igual que
arquitecto y artista. Uno de sus aportes fue el dibujo de perspectiva.
La República de Venecia estableció en 1474 la primera ley de patentes, y
en 1594 se dio a Galileo una patente sobre un dispositivo para elevar
agua. Aunque la antigua ley de patentes promulgada en Venecia necesitaba
muchas mejoras antes de que pudiera ofrecer protección efectiva, fue el
primer intento por estimular las invenciones al proteger la
comercialización de los inventos. Sin embargo, el costo actual de
adquirir una patente y las demoras en el funcionamiento del sistema de
patentes ciertamente limita su efectividad como incentivo para el
ciudadano promedio.
En 1514, el Papa Paulo III tuvo que resolver el problema de sustituir al
arquitecto Bramante después de su muerte, ocurrida durante la
reconstrucción de la Basílica de San Pedro. Se eligió a un artista e
ingeniero llamado Miguel Ángel Buonarroti, al que se le conoce
simplemente como Miguel Angel, para concluir el proyecto. Es bien
conocida su obra en la terminación de dicha basílica. Sin embargo, es
menos conocido que se le llamó en Florencia, y nuevamente en Roma, para
que diseñara fortificaciones para esas ciudades. Después de
construirlas, se convenció de que éstas no resistirían, debido a la
incompetencia de los defensores, individualista testarudo al grado de
que un colega escultor le rompió la nariz en una riña.
Otro de los muchos enemigos de Miguel Ángel fue Leonardo da Vinci, a
quien también se le conoce mejor por sus logros artísticos. Sin embargo,
era un estudioso activo, casi absorto continuamente. Dominó la
astronomía, anatomía, aeronáutica, botánica, geología, geografía,
genética y física. Sus estudios de física abarcaron todo lo que se
conocía en su tiempo. Tenía una curiosidad científica que alguna vez le
causó problemas. El Papa León X lo despidió cuando supo que aprendía
anatomía humana disecando cadáveres. Desde el punto de vista puramente
científico, ¿existe mejor manera de aprender la anatomía humana?
En 1483, de Vinci se trasladó a Milán y presentó el siguiente resumen al Duque Ludovico Sforza, esperando conseguir empleo : "Después
de ver, Mi Muy Ilustre Señor, y habiendo considerado ahora
suficientemente las pruebas de quienes se tienen por maestros y
diseñadores de instrumentos de guerra y de que el diseño y operación de
los mismos instrumentos no es distinto de los que se usan comúnmente,
trataré sin perjuicio de nadie de hacerme comprender con Vuestra
Excelencia, revelando mis propios secretos y ofreciendo después a su
placer, y en el momento apropiado, poner en efecto todas las cosas que
por brevedad se anotan parcialmente en seguida, y muchas más, de acuerdo
con la exigencias de los distintos casos.
Puedo construir puentes muy ligeros y fuertes, que se pueden
transportar fácilmente, y con ellos perseguir, o de ser necesario, huir
del enemigo, y otros más, seguros y capaces de resistir al fuego y
ataque, y fáciles y prácticos para utilizar y quitar; y tengo métodos de
quemar y destruir los del enemigo.
En un sitio bajo asedio, sé cómo quitar el agua de los fosos y cómo
hacer infinitos puentes, espalderas, escaleras y otros instrumentos
adecuados a dichos propósitos. Además, si en el asedio es
imposible usar el bombardeo por causa de la profundidad de las zanjas, o
de la fortaleza de la posición y de la situación, puedo destruir toda
fortaleza u obra de cualquier otro tipo si no está hecha de piedra.
También tengo los medios de hacer fácil y conveniente la
transportación de cañones, y con ellos arrojar piedras semejantes a una
tempestad; y con el humo de ellos provocar gran temor al enemigo,
causándole grandes danos y confusión.
Y de ocurrir en el mar, tengo la manera de construir muchos
instrumentos capaces de ataque y defensa, y bajeles que ofrezcan
resistencia al ataque de los cañones más grandes, pólvora y humos.
También tengo los medios, con túneles y pasajes secretos y tortuosos,
hechos sin ruido, de llegar a determinado punto, incluso aunque sea
necesario pasar bajo zanjas o algún rio. También haré vagones cubiertos,
seguros e indestructibles, que al penetrar con su artillería entre el
enemigo, romperán el mayor cuerpo de hombres armados. Y detrás de éstos
puede seguir la infantería sin sufrir daños y sin encontrar oposición.
Si también hay necesidad, haré cañones, morteros y piezas de campo de formas hermosas y útiles, distintas de las de uso común. Cuando
se pueda usar el cañón, puedo fabricar catapultas lanza cántaros y
máquinas para arrojar fuego, y otros instrumentos de eficiencia
admirable, que no se usa comúnmente y en breve, de acuerdo como sea el
caso, imaginaré diversos aparatos infinitos para el ataque y defensa.
En tiempo de paz, creo que puedo dar satisfacción igual a la de
cualquier Otro en arquitecturas en el diseño de edificios públicos y
privados y en la conducción de agua de un lugar a otro. También
puedo realizar esculturas en mármol, bronce o terracota; igual sucede
con la pintura, la que puedo hacer tan bien como cualquier otro,
quienquiera que sea.
Más aún, será posible comenzar a trabajar en el caballo de bronce,
que servirá para recordar la gloria inmortal y honor eterno de la feliz
memoria de vuestro padre, Mi Señor, y de la ilustre Casa de los Sforza.
Y si hay alguien a quien parezcan imposibles o irrealizables
cualquiera de las cosas antes mencionadas, me ofrezco para hacer una
prueba de ellas en su parque o en el lugar que plazca a Vuestra
Excelencia; a quien me encomiendo lo más humildemente que puedo."
Evidentemente, el Duque Ludovico Sforza no se impresionó y no contrató a
da Vinci después de leer su resumen; sin embargo, sí comísionó a da
Vinci más tarde, como resultado de una asociación de éste con otro
artista. El duque tenía el hábito de pagar tarde, cuando lo hacía, lo
que obligó a que da Vinci renunciara una vez; sin embargo, lo
reconsideró más adelante.
Leonardo da Vinci fue uno de los grandes genios de todos los tiempos.
Anticipó muchos adelantos del futuro; por nombrar algunos: la máquina de
vapor, la ametralladora, cámara oscura, el submarino y el helicóptero.
Pero, es probable que tuvieran poca influencia en el pensamiento de la
ingeniería de su tiempo. Sus investigaciones eran una mezcolanza no
publicada de pensamientos e ilustraciones. Era un investigador
impulsivo, y jamás resumía su investigación para beneficio de otros a
través de la publicación. En sus cuadernos hacía la anotación de sus
investigaciones de derecha a izquierda, posiblemente por comodidad,
debido a que era zurdo.
Otro gran genio de ese tiempo fue Galileo, quien a la edad de 25 años
fue nombrado profesor de matemáticas en la Universidad de Pisa. Estudió
mecánica, descubrió la ley fundamental de la caída de los cuerpos y
estudió el comportamiento del movimiento armónico del péndulo. Dictó
conferencias sobre astronomía en Padua y Florencia, y posteriormente fue
acusado ante la Inquisición, en 1633, debido a su creencia de que el
Sol y no la Tierra, era el centro de nuestro universo. En 1638 publicó
su máxima obra matemática, que poco después fue colocada en el MDCX
Expurgatorius, quedando prohibida su lectura en todos los países
católicos. En las postrimerías de su vida, bajo arresto domiciliario, se
concentró en el tema menos controvertido de la mecánica.
En el periodo medieval se empleaban armaduras para soportar los techos,
pero eran burdas y con frecuencia aumentaban el peso del edificio, sin
contribuir a su resistencia. En ese tiempo no se comprendía bien el
diseño de las armaduras. Debido al uso de métodos empíricos en el diseño
de miembros estructurales, los edificios públicos, especialmente las
iglesias, tenían fama de desplomarse sobre los confiados visitantes. El
techo de la Catedral de Beauvais se desplomó dos veces en el siglo XIII,
y en el siglo XVI se agregó un campanario que poco después caía al
suelo. Desde luego, las catedrales eran y siguen siendo obras
monumentales con grandes vanos que siempre han exigido alarde de ingenio
de arquitectos e ingenieros. Se cree que fue Andrea Palladio el primer
ingeniero que comprendió realmente las fuerzas en las armaduras. En 1570
diseñó puentes para Venecia, en que todos los miembros del puente
tenían un propósito útil. En 1560, Giovanni Battista della Porta inició
una sociedad en Nápoles llamada la Academia de los Secretos de la
Naturaleza. Era semejante a otras anteriores como la Academia de Platón,
el Liceo de Aristóteles y el Museo de Alejandría. Durante este tiempo
había mucha comunicación entre los científicos europeos. Sin embargo,
esa academia se cerró debido a sospechas del clero. En 1603 se fundó la
Academia Lincea que existe hasta la fecha. Galileo fue uno de sus
miembros. Estos pretendían fundar monasterios laicos en distintas partes
del mundo. La Real Sociedad de Londres fue hecha legalmente pública en
1662, después de una serie de reuniones secretas. Boyle, Hooke y Newton
estuvieron entre sus miembros. En 1666 se formó la Academia Francesa, y
en 1700 se inició la existencia de la Academia de Berlín.
En 1540, Biringuccio escribió un destacado tratado sobre metalúrgia, y
en 1912 lo tradujeron al inglés Herbert y Lou Henry Hoover. Herbert
Hoover era un joven ingeniero por ese tiempo; es el único ingeniero de
la historia de Estados Unidos que llegó a presidente de su país.
Uno de los descubrimientos más importantes en la historia de la
ingeniería mecánica lo realizó Simón Stevin en Holanda, a fines de la
década de 1500. Mediante el “triángulo de fuerzas", permitió a los
ingenieros manejar fuerzas resultantes que actuaban en los miembros
estructurales. Stevin escribió un tratado sobre fracciones y también
realizó trabajos que llevaron al desarrollo del sistema métrico.
Por el mismo tiempo tuvo lugar una diversidad de descubrimientos
matemáticos de consideración. Alrededor de 1640, Fermat y Descartes
descubrieron independientemente la geometría analítica. Un sacerdote
inglés llamado William Oughtred, aproximadamente en 1622, diseñó la
primera regla de cálculo basada en la suma de logaritmos para obtener el
producto de dos números.
Ya desde antes de la Edad Media había ocurrido un cambio importante en
el enfoque de la ciencia. Fue el concepto de que una hipótesis se debía
rechazar o aceptar en base al resultado de un experimento. Había
comenzado el “método científico". Ahora sabemos que el avance es lento
si no se cuenta con este método.
Descartes y Leibmz descubrieron en forma independiente el cálculo
diferencial. Newton descubrió el cálculo integral, y luego describió la
relación recíproca entre los cálculos diferencial e integral. Sus
descubrimientos ocurrieron en Woolsthorpe, aproximadamente en 1665,
debido a que Cambridge estaba cerrada como resultado de una epidemia.
Jean Baptiste Colbert fue ministro bajo Luis XIV y estableció la primera
escuela formal de ingeniería en 1675. El Corps du Génie, como eran
conocidos, eran ingenieros militares entrenados por Sébastien le Prestre
de Vauban, ingeniero militar francés muy conocido.
En 1771 un pequeño grupo de ingenieros, a los que se llamaba
frecuentemente para dar su testimonio sobre proyectos de puertos y
canales, formó la Sociedad de Ingenieros. John Smeaton, director del
grupo, fue el primero en darse el título de ingeniero “civil" para
señalar que su incumbencia no era militar. Esta sociedad se constituyó
en la Institution of Civil Engineering en 1828, iniciando con ello una
especialización dentro de la ingeniería.
En 1795, Napoleón autorizó el establecimiento de la fcole
Poly-technique, que fue la primera de este tipo de escuelas que
aparecieron en Europa durante el siglo XIX. Otras siguieron, tales como
el Eidgenos-sisches Polytechnicum en Zurich en 1855, las escuelas
politécnicas en Delft en 1864, y otras en Chemnitz, Turín y Karlsruhe.
En 1865 se fundó el Massachusetts Institute of Technology, el primero de
su tipo en los Estados Unidos.
Durante el periodo medieval, las principales fuentes de energía eran el
agua, viento y animales. La cola de abanico se inventó basta el siglo
XVIII. Mediante engranajes mantenía orientadas las palas principales de
los molinos de viento siendo uno de los primeros dispositivos
autorregulados conocidos de la historia de la ingeniería.
Thomas Savery tuvo el gran mérito de idear la máquina de vapor, aunque
otros anteriores a él aportaron ciertos adelantos menores en ese campo.
En 1698 recibió una patente por un dispositivo operado por vapor para
drenar minas; lo anunció en un libro que escribió más tarde, y que
intituló Tire Mines Friend. En 1712, Thomas Newcomen mejoró mucho la
máquina de vapor, la que también se usaba para bombear agua de una mina.
Estas primeras máquinas eran muy deficientes, aunque representaban el
desarrollo inicial de la energía a partir de máquinas térmicas. Es
difícil imaginar el punto en que estaría nuestra civilización en la
actualidad sin esas máquinas.
Antes de la máquina de vapor hubo toda una serie de adelantos
científicos en el siglo XVII. Robert Boyle estudió la elasticidad del
aire y descubrió la ley que relaciona la temperatura, presión y volumen,
que hoy día lleva su nombre. Robert Hooke experimentó con la
elasticidad de los metales y descubrió la ley de la elasticidad que
también lleva su nombre. Christian Huygens determinó las relaciones de
la fuerza centrípeta y Sir Isaac Newton estableció las tres leyes
básicas del movimiento.
Siguiendo a Newcomen, James Watt hizo tales mejoras significativas a la
máquina de vapor, que con frecuencia se le atribuye parcialmente la
invención inicial, junto con Savery y Newcomen. Durante un experimento
en 1782, encontró que un “caballo de cervecería” desarrollaba 33 000
pies libra (unos 44 700 joules) por minuto, iguales a 1 caballo de
fuerza. A la fecha todavía se usa esta equivalencia.
En 1804, Richard Trevithick fue el primero en lograr que una locomotora
de vapor corriera sobre rieles. Más tarde demostró que las ruedas lisas
podían correr sobre rieles lisos si las pendientes no eran demasiado
excesivas. Una de las locomotoras de Trevithick se exhibió en una vía
circular en Londres en 1808, pero descarriló y volcó. Se habían pagado
tan pocos chelines por verla, que no se volvió a colocar sobre la vía.
George Stephenson, después de ser empleado como vaquero, sirvió como
fogonero de una máquina de vapor y luego como cuidador de una máquina de
bomba. A los treinta y dos años, construyó su primera locomotora de
vapor, y luego abogó insistentemente por la enmienda a un acta, aprobada
en 1821, para que se empleara la locomoción a vapor en vez de caballos
en un ferrocarril que correría desde Stockton hasta la mina de carbón de
Willow Park. Utilizó el riel de 1.42 m que se había usado anteriormente
para vagones tirados por caballos. Todavía, este calibre de vía es el
de uso más común en todo el mundo.
Como sabemos, después del desarrollo de los sistemas ferroviarios en
Europa y América, los adelantos ingenieria se sucedieron a una tasa cada
vez más creciente. La primera mitad del siglo xx produjo un número casi
increíble de avances en ingeniería, al grado de que queda poca duda
sobre que las dos guerras mundiales fueron catalizadores de gran parte
de ese progreso.
La invención de los automóviles y aeroplanos en los Estados Unidos
fueron factores significativos en el desarrollo ingenierill del siglo
XX. Los inventos de Tomás Edison, que iniciaron la industria de la
energía, y el invento de Lee De Forest de la “válvula electrónica" (tubo
al vacío), que dieron considerable ímpetu a la industria de las
comunicaciones también fueron acontecimientos muy significativos.
Hasta 1880, la ingeniería fue civil o militar, mientras que hasta esa
fecha había sido ambas cosas simultáneamente. En 1880 se fundó la
American Society of Mechanical Engineers, seguida de la American Society
of Electrícal Engineers en 1884 y el American Institute of Chemical
Engineers en 1908. El American Institute of Industrial Engineers se
fundó en 1948 y fue el último campo importante de la ingeniería en
organizarse.
La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII
Asociadas a la construcción de puentes y caminos en los siglos pasados, se encuentran obras construidas sobre suelos compresibles
que han tenido hundimientos importantes, bajo las sobrecargas de
catedrales, torres y campanarios. Algunos ejemplos de ello son:
- El Domo de Könígsberg, en Prusia, cimentado sobre una capa de suelo orgánico en el año 1330, capa que descansa —según Tiedemann— sobre otra de 18 m de limo arcilloso, cuya consolidación gradual y continua no ha podido terminar, teniendo ya más de 5.0 m de asentamiento.
- La Torre de Pisa, cuya construcción fue iniciada en 1174, empezó a ladearse al construirse la tercera galería de las ocho que tiene la estructura. Los trabajos se interrumpieron para modificar planos y luego continuaron, para ser terminada la torre —de 55 m de alto— en el año 1350, En 1910 ya la torre tenía en su parte más alta un desplome de 5.0 m. Una investigación del subsuelo indicó que la torre fue cimentada por medio de una corona de concreto sobre una capa de arena de 11.00 m de espesor, la cual descansa sobre una capa de arcilla de 8.00 m de grueso, que se ha ido consolidando gradualmente debido a las presiones trasmitidas por la estructura. Hoy en día es más conocida como la "Torre Inclinada de Pisa".
- En Venecia. Italia, el "Rialto", un puente de arco simple, se terminó de construir en 1591 y es, junto con otras estructuras del lugar, ejemplo de dificultad en las operaciones de cimentación debido al suelo blando y pantanoso, que es afectado grandemente por la acción de pilotaje de las estructuras vecinas.
- En India, otra obra asociada a la ingeniería de cimentaciones del siglo XVII, es el famoso mausoleo Taj Mahal, situado en las afueras de la ciudad de Agrá. Su construcción empezó en el año 1632 y fue terminada en 1650. Fue erigido por órdenes del Shah Jahan, emperador de Delhi, en honor de su esposa favorita, Mumtazi-Mahal. Este mausoleo necesitó cuidados especiales en su cimentación debido a su proximidad al río, por lo que emplearon cilindros de mampostería hundidos en el suelo a intervalos cercanos para que el mausoleo descansara en un estrato firme.
Como se indicó, 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 Inclinada de Pisa en Italia.
La construcción de una de las obras de arte más originales de la Edad Media en Europa se dio en
una época en que la República de Pisa florecía, y continuó en varias
etapas por más de 200 años. La estructura pesa cerca de 15.700 toneladas
y se apoya en una base circular que tiene un diámetro de 19.6 m (66
pies). La construcción de la torre campanario de la catedral de Pisa, de 8 pisos y 53 m de altura,
comenzó en el año 1173, bajo la supervisión del arquitecto Bonanno
Pisano, y tardó dos siglos en completarse (incluyendo dos largas
interrupciones), en 1370. Su objetivo era manifestar el orgullo y la
riqueza de la ciudad de Pisa, en la región italiana de la Toscana.
Los trabajos se interrumpieron en el año 1178 por razones desconocidas, y algunos estudios han demostrado que el suelo sobre el que se estaba edificando, no estaba en capacidad de soportar cargas adicionales en ese momento. La construcción continuó, pero se detuvo de nuevo en 1278. Si se hubiera finalizado en ese momento, hubiera colapsado debido a los esfuerzos inducidos al terreno. La torre comenzó a inclinarse hacia el Norte, en el momento en que se añadió el tercer piso, sin percatarse que se cimentó sobre el sedimento blando del lecho de un río enterrado. Entonces se colocaron bloques de mampostería para corregir la inclinación. Al finalizar la construcción (año 1370), la torre se había inclinado significativamente hacia el Sur.
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| Torre de Pisa en 1957 |
Los trabajos se interrumpieron en el año 1178 por razones desconocidas, y algunos estudios han demostrado que el suelo sobre el que se estaba edificando, no estaba en capacidad de soportar cargas adicionales en ese momento. La construcción continuó, pero se detuvo de nuevo en 1278. Si se hubiera finalizado en ese momento, hubiera colapsado debido a los esfuerzos inducidos al terreno. La torre comenzó a inclinarse hacia el Norte, en el momento en que se añadió el tercer piso, sin percatarse que se cimentó sobre el sedimento blando del lecho de un río enterrado. Entonces se colocaron bloques de mampostería para corregir la inclinación. Al finalizar la construcción (año 1370), la torre se había inclinado significativamente hacia el Sur.
Han transcurrido 8 siglos desafiando la gravedad y en la actualidad la
parte superior de la la torre está descentrada unos 5.227 m del eje,
hacia el sur. La profundidad de desplante de la cimentación es de poco
menos de 3.00 m. El suelo bajo la torre está compuesto principalmente
por suelo, arcilla y lodo. La zona donde se encuentra Pisa había sido
un puerto en la época medieval y el suelo es una mezcla esponjosa. La
capa superficial (de aproximadamente 10.00 m), es una acumulación de
fluvium del río Arno, que se ha compactado desigualmente, haciendo que
la torre se incline. Bajo esta capa, hay una banda resistente conocida
como arcilla marina Pancone, con arena fina y conchas, de unos 20.00
m de profundidad. Esta es seguida por una capa profunda de arena, que es
un límite horizontal bajo la mayor parte de Pisa, excepto bajo la
torre. Las capas de arcilla y arena se alternan hasta unos 70.00 m. La
totalidad de la zona donde se construyó la torre se va hundiendo
gradualmente.
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| Historia de la construcción de la torre |
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| Sección por la máxima inclinación |
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| Perfil del terreno de cimentación |
En el momento en que la Torre fue construida,
la técnica de nivelación aún no se había desarrollado (fue en realidad
descrita por primera vez por M. Thevénot en 1666, casi 400 años más
tarde). Para entonces, los constructores tenían a su disposición sólo
la plomada y otros dispositivos simples, que eran rudimentarios
instrumentos capaces de proporcionar la precisión de la horizontal
dentro de ± 1.00 cm a lo largo de los 11.00 m - 15.00 m de ancho de la
Torre.
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| Herramientas de nivelación romanas |
La naturaleza inestable del terreno en la ciudad de Pisa era considerada una característica típica del área. La friable superficie superior, inicialmente se hundía bajo el peso de cuerpos pesados, durante un periodo de tiempo, incrementando su consistencia resistencia.
Era una práctica común almacenar elementos de construcción tales como bloques de piedra labrada, columnas y arcos, preparados antes de comenzar el trabajo de construcción. Esto permitía a los trabajadores del mármol y a los mamposteros mantenerse al ritmo del proceso constructivo. Esto era particularmente evidente en el caso de estructuras modulares tales como la torre de pisa. Debido a la inestabilidad del suelo, era muy probable que el maestro constructor de la torre de Pisa organizara que cada piso fuera levantado tan rápido como se pudiera, y a partir de esto mantener un "período de espera" mientras el terreno se asentaba, después del cual el siguiente piso podía ser iniciado.
Mediciones tomadas en ciertas áreas expuestas de la piedra a diferentes alturas de la torre, han revelado que las piedras fueron recortadas para acomodarse al asentamiento. Esto demuestra que la subsidencia en más de una dirección debió tener lugar durante la construcción de la torre, el cambio norte-sur es el más evidente y del que tomó precedencia después de terminada la torre.
Mientras es claro que está subsidencia era apreciable, el fenómeno no parece haber preocupado mucho los arquitectos, acostumbrados al hecho de que muchos de los edificios de la ciudad no eran muy perpendiculares. Un documento publicado en 1298, en otras palabras, durante la construcción, discoteca los primeros chequeos de verticalidad de la torre. A medida que describe el proceso utilizado en detalle, no hace referencia a ningún asentamiento. Una cosa es cierta, sin embargo. Alrededor de 1384, Antonio Veneziano pinto un fresco del Camposanto en Pisa que muestra la torre finalizada e inclinada.
Con el paso del tiempo, el problema de propensión de la torre a inclinarse ha atraído considerable atención. Entre otros, Vasari escribió acerca de ello en 1562, mientras De La Condamine examinó el problema en 1755 y Soufflot tres años después. De La Lande lo observó en 1790 así como lo hicieron Da Morrona y Gherardesca en 1812 y 1838 respectivamente. Medidas relativamente confiables fueron tomadas por Cresy y Taylor en 1817 y por De Fleury en 1859.
Los diferentes esquemas de intervención utilizados por ingenieros y
constructores, para reducir o detener la inclinación, solamente han
contribuido a que ésta se incremente. En 1990 la torre fue cerrada al
público debido a preocupaciones de seguridad, y el primer ministro
italiano designó un panel de expertos para encontrar una solución
definitiva. Después de diez años de trabajo, la extracción de tierra
bajo de la parte norte, y a un costo de alrededor de 27 millones de €;
la torre fue reabierta al público el 16 de junio de 2001.
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| Intento de corrección durante la construcción |
En 1993, se añadieron contrapesos de plomo de 600 toneladas al lado
norte de la torre, enlazados por un anillo de concreto removible,
colocado alrededor de la base de la torre. Esto redujo la inclinación en
cerca de un minuto de arco. La carga se incrementó en 1995 hasta 900
toneladas, mientras los ingenieros intentaban reemplazar los contrapesos
de plomo con anclajes al terreno.
Alternativas de restauración
Una idea única fue perforar 10,000 agujeros en la torre, para reducir
significativamente su peso. Se iba a instalar una réplica cercana a la
torre inclinada en la dirección opuesta para mantener la torre original
en su lugar.
Una nueva idea de restauración se presentó los 1990s. Conocida como extracción de suelo o subsidencia de suelo.
Su objetivo era excavar el terreno bajo la fundación de la torre en su
lado norte, para que se inclinará nuevamente hacia la perpendicular. La
idea fue puesta en marcha después de varias pruebas sobre la torre misma
y en el suelo bajo su fundación.
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| Trabajos en la base de la torre. Arriba la base anclada |
La torre se ha inclinado en el pasado al este, norte, oeste y, por último al sur. Investigaciones recientes
muestran que la compresión de un estrato de arcilla débil a una
profundidad de unos 11.00 m (36 pies) bajo la superficie del terreno
causó la inclinación de la torre. Esta inclinación llegó a más de 5.00 m
(16,5 pies) fuera de la vertical de 54.00 m (179 pies) de altura. La
torre fue cerrada en 1990 porque se temía que se cayera o colapsara.
Recientemente se estabilizó
excavando el suelo bajo la parte norte de la torre. Cerca de 70
toneladas de tierra fueron removidas en 41 extracciones por separado que
se extendieron a lo ancho de la torre. Como el terreno poco a poco se
asentó para llenar el espacio resultante, la inclinación de la torre se
redujo. La torre ahora está inclinada 5°. El cambio de 0,5°medio grado
no se nota, pero hace que la estructura sea mucho más estable.
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| Propuesta de recuperación mediante anclaje |
En Bologna, Italia, se construyeron dos torres en el siglo XII (Asinelli
y Garisenda). La torre de la izquierda se suele denominar como la Torre
Garisenda. Después de encontrarse con varios problemas relacionados con
la fundación, durante la construcción a lo largo de los siglos pasados,
los ingenieros y los científicos comenzaron a investigar las
propiedades y comportamiento de los suelos de una manera más metódica a
partir de la primera parte del siglo XVIII.
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| La torre Garisenda se inclina a la izquierda |
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| Torres Asinelli y Garisenda, construidas en 1109 ubicadas en la Plaza de Porta Ravegnana, Bologna, Italia |
Estos esbeltos puntos de referencia, inicialmente parecen ser algo
inestable, ya que la torre más pequeña se inclina hacia la izquierda en
un ángulo bastante alarmante. Está documentado que durante los siglos
XII y XIII, la ciudad de Bologna contaba
con casi 180 torres similares, que abarrotaron el centro durante la
mayor parte de la Edad Media, siendo la mayoría demolidas en los años
siguientes por motivos de seguridad, antes de su desplome y colapso.
 |
| Reconstrucción de Bologna en la Edad Media con sus 180 torres |
Las razones para la construcción
de tantas torres no están aún claras. Una hipótesis indica que las
familias más ricas las utilizaron para fines ofensivos/defensivos
durante el período de la Guerra de las Investiduras. Además de
las torres, todavía se pueden ver algunas puertas fortificadas, que
corresponden a las puertas de la muralla de la ciudad del siglo XII, que
a su vez ha sido casi completamente destruida.
 |
| Torre Garisenda vista desde la Torre Asinelli |
Durante el siglo XIII, muchas torres fueron destruidas o demolidos, y
otras simplemente se derrumbaron. Posteriormente, muchas torres se
utilizaron para otros menesteres: cárceles, torres urbanas, tiendas y
viviendas.
 |
| Torres de Bologna a comienzos del siglo XX |
Las últimas demoliciones se llevaron a cabo durante el siglo XX, de
acuerdo con un ambicioso, pero retrospectivamente desafortunado, plan de
reestructuración para la ciudad. De las numerosas torres originalmente
presentes (se calculan entre 80 y 100), menos de veinte pueden verse hoy
en día. Entre las torres restantes se encuentran la Torre Azzoguidi,
también llamada Altabella (con una altura de 61 m), la Torre
Prendiparte, llamada Coronata (60 m), la Torre Scappi (39 m), Torre
Uguzzoni (32 m), Guidozagni Torre, Galluzzi Torre, y las famosas Dos
Torres: la torre Asinelli (97 m) y la Torre Garisenda (48 m).
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| Base de la Torre Garisenda |
Estas dos particulares torres adyacentes, se han convertido en algo así
como un símbolo icónico de la ciudad. La Torre Asinelli es la más alta y
se eleva a poco más de 97 m o 318 pies. Casi 500 escalones conducen a
los visitantes a la parte superior, donde las vistas de la ciudad y la
campiña circundante bien valen el esfuerzo. La considerablemente más
corta Torre Garisenda actualmente no está abierto al público en general
debido a su inestabilidad potencial, y es aproximadamente la mitad de la
altura, unos 48 m o 157 pies; originalmente tenía 60 m de altura, pero
fue recortada en el siglo XIV para evitar un colapso.
 |
| Interior de la torre Asinelli |
La torre Garisenda saltó a la fama internacional, cuando el escritor Dante Aligheri la mencionó en varias de sus obras.
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| Algunas torres antiguas inclinadas |
Otro caso importante de inclinación por consolidación del terreno de
cimentación se presentó en la torre del campanario de la catedral del
siglo XV (año 1450) de la población alemana de Suurhusen, un pueblo en
la región de Frisia Oriental en el noroeste de Alemania. De acuerdo con
los Guinness World Records fue la torre más inclinada del mundo, hasta
el año 2010 cuando la recién erigida torre Capital Gate en Abu Dhabi,
reclamó este record. El campanario de Suurhusen sigue siendo la torre
más inclinada del mundo involuntariamente desplomada, superando a la
Torre Inclinada de Pisa por 1.22°.
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| Inclinación de la torre |
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| Suurhusen vs. Pisa |
La iglesia fue construida originalmente
en la Edad Media y la tierra entonces era muy pantanoso. Para
garantizar que la torre de la iglesia se mantuviera erguida, fue
edificada sobre una base de troncos de roble que aseguró que quedara en
posición vertical durante varios siglos. Por desgracia, el terreno
alrededor de la iglesia fue drenado en el siglo XVIII, y la torre
comenzó su inexorable inclinación.
Hubo una gran preocupación en la década de 1970 de que la torre era
insegura y la gente tenía prohibido subirse a ella. En un momento dado
se fijó una "zona de exclusión" a su alrededor, para asegurarse de que
cuando cayera no se vendría abajo sobre un grupo de turistas
boquiabiertos. Fue incluso amenazada con la demolición, pero una campaña
realizada por los lugareños la reforzó a un enorme costo.
Precursores de la Ingeniería Geotécnica
Precursores de la Mecánica de Suelos
Son considerados como precursores de la mecánica de suelos, todas
aquellas personas que contribuyeron con el desarrollo de teorías
matemáticas y de experiencias campo, a nivel mundial, hasta el momento
en que, a comienzos del siglo XX, el ingeniero Karl Terzaghi, en 1925,
sienta las bases que dan origen a esta importante ciencia de la
ingeniería geotécnica.
El estudio de la vida de aquellos filósofos, físicos, matemáticos y
hasta ingenieros (militares, civiles, mecánicos, etc.), nos permite
entender los logros de la ingeniería del pasado y la contribución de
estos hombres a la Ingeniería Geotécnica.
Como punto de partida para un proceso evolutivo lógico, se adopta aquí la clasificación histórica del desarrollo de la mecánica de suelos presentada por Sir Alec Westley Skempton en 1985.
Entre los principales precursores y contribuyentes al desarrollo de la ingeniería geotécnica se encuentran los presentados a continuación.
El registro del primer uso del suelo como material de construcción se
pierde en la antigüedad. En términos de verdadera ingeniería, la
comprensión de la ingeniería geotécnica, como hoy es conocida comenzó a
comienzos del siglo XVIII (Skempton, 1985). Durante años, el arte de la
Ingeniería Geotécnica se basó en experiencias anteriores sólo a través
de una sucesión de experimentación sin ningún carácter científico real.
Sobre la base de los experimentos, muchas estructuras fueron
construidas, algunas de las cuales se han derrumbado, mientras que otras
siguen en pie.
La historia escrita nos dice que las civilizaciones antiguas florecieron
a lo largo de las orillas de ríos, como el Nilo (Egipto), el Tigris y
el Éufrates (Mesopotamia), el Huang Ho (Río Amarillo, China), y el Indo
(India). Diques que datan de alrededor de 2000 A.C. fueron construidos
en la cuenca del Indo para proteger la ciudad de Mohenjo Dara (en lo que
se convirtió en Pakistán después de 1947).
Durante la dinastía Chan en China (1120 A.C. a 249 D.C.) muchos diques
se construyeron para riego. No hay evidencia de que se hubieran adoptado
medidas para estabilizar cimientos o verificar la erosión causada por
las inundaciones (Kerisel, 1985). La antigua civilización griega utilizó
zapatas aisladas y fundaciones continuas-y-combinadas para la
construcción de estructuras.
Comenzando alrededor de 2750 A.C., las cinco pirámides más importantes
se construyeron en Egipto en un período de menos de un siglo (Saqqarah,
Meidum, Dahshur del Sur y del Norte, y Keops). Esto plantea retos
formidables en relación a fundaciones, estabilidad de taludes y
construcción de cámaras subterráneas. Con la llegada del budismo a China
durante la dinastía Han del Este en el 68 D.C., miles de pagodas se
construyeron. Muchas de estas estructuras fueron construidas en limo y
capas de arcilla blanda. En algunos casos la presión de la fundación
excedía la capacidad de soporte del suelo y por lo tanto causaba daños
estructurales.
Los documentos históricos muestran el uso de la rueda desde el 3,500
A.C., lo cual ilustra el interés de nuestros antepasados por reducir la
fricción en movimientos de traslación. Los egipcios tenían el
conocimiento de la fricción y los lubricantes, esto se ve en el
transporte de grandes bloques de piedra para la construcción de
monumentos y pirámides. Para realizar esta tarea utilizaban agua o grasa
animal como lubricante.
De acuerdo a lo expuesto por el Profesor J. A. Jiménez Salas (en su discurso de 'Aportaciones científicas españolas a la geotecnia'
de 1982), durante milenios, la Ciencia ha parecido nutrirse
preferentemente por la técnica artística o de artesanía, toda vez que
causa cierto asombro pensar que, en las sociedades primitivas, que se
deben suponer acosadas por problemas de pura supervivencia, el estamento
científico halló la manera de protegerse de la presión social, y
concentró su interés en la Astronomía, sin duda porque la regularidad de sus fenómenos, le sugirió la posibilidad de comprenderlos.
Pero, paralelamente, la Humanidad iba acumulando soluciones a sus
problemas prácticos, en un inmenso almacén de conocimientos empíricos
(artesanales). Solamente, en los últimos siglos, se produjo, o al menos
así lo parece, un cambio cualitativo en la frecuencia de los
acontecimientos de polimerización (crecimiento de las ideas en la mecánica, como lo denomina el Profesor Jiménez Salas), como si alguna radiación desconocida hubiera excitado los mecanismos de síntesis.
Esta polimerización comienza en el Renacimiento
y se acelera hasta la actualidad, y es en este periodo de tiempo,
comparativamente breve, cuando se produce la vertebración de las Ciencias Naturales en la forma en la que hoy persisten, es decir, se da la metamorfosis de artesanía a ciencia.
Con base en la observación visual de las deformaciones de las
estructuras antiguas y las laderas naturales, la existencia de la
reptación (creep) en suelos arcillosos que se conoce desde tiempos inmemoriales.
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| Inclinación por 'creep' en la Torre de Pisa (Italia) |
Sin embargo, la investigación real de este fenómeno se inició a mediados
del siglo XIX, debido ala intensificación de las actividades de
construcción. El 'creep'
de los suelos arcillosos, comenzó a ser interesante para los
científicos y especialistas, después de observar grandes deformaciones
prolongadas e inadmisibles, que afectaba a la explotación normal de las
estructuras y carreteras. El primer trabajo importante sobre el fenómeno
de la fluencia en suelos arcillosos, se puede encontrar en "Bases y Fundaciones"
escrito por el científico ruso por V.M. Karlovich, publicado en 1869.
Es posible decir que durante el último siglo, y sobre todo durante los
últimos años, que las deformaciones de 'creep' en los suelos arcillosos,
comenzaron a ser uno de los problemas más importantes de la mecánica de
suelos.
Hoy en día se pueden encontrar muchos ejemplos de comportamiento creep in-situ.
Uno clásico, es el asentamiento irregular de la Torre de Pisa, en
Italia. La construcción de la torre se inició en 1173 y terminó en 1360.
La altura de la torre es de 58 m de la base y 54.58 m desde la
superficie del suelo, el peso se ha calculado en 14,453 toneladas, el
área de la base anular es de 285 m² y la presión media en la base es
0,514 MPa. Debido a la deformación de fluencia de arcillas depositadas
en forma de lentes en la base de arena, la torre se asentó e inclinó
hacia un lado. La consolidación media de la estructura, de acuerdo a una
de las muchas evaluaciones, es de 1.50 m, y la torre continúa
asentándose. La inclinación de la torre es de 5.58 m, es decir, 5.5°.
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| Torres Asinelli y Garisenda, construidas en 1109 ubicadas en la Plaza de Porta Ravegnana, Bologna, Italia |
La construcción de la torre comenzada en 1173, continuó en varias etapas
por más de 200 años. La torre se ha inclinado en el pasado al este,
norte, oeste y, por último al sur. Investigaciones recientes muestran
que la compresión de un estrato de arcilla débil a una profundidad de
unos 11 m (36 pies) bajo la superficie del terreno causó la inclinación
de la torre. Esta inclinación llegó a más de 5 m (16,5 pies) fuera de la
vertical de 54 m (179 pies) de altura.
Otro ejemplo se dio en Bologna, Italia, donde se construyeron dos torres
en el siglo XII (Asinelli y Garisenda). La torre de la izquierda se
suele denominar como la Torre Garisenda. Después de encontrarse con
varios problemas relacionados con la fundación, durante la construcción a
lo largo de los siglos pasados, los ingenieros y los científicos
comenzaron a investigar las propiedades y comportamiento de los suelos
de una manera más metódica a partir de la primera parte del siglo XVIII.
Leonardo da Vinci (1452-1519) dejó muchos textos y dibujos relacionados
con la ciencia y la tecnología, aunque él no lo escribió en libros. Uno
de los ejemplos que estudió es la resistencia del alambre de hierro,
del que colgaba una cesta en la que iba añadiendo lentamente con arena.
La resistencia del alambre fue determinada midiendo el peso de arena
cuando el alambre se rompía. Por desgracia, las ideas y los avances
adelantados por Leonardo da Vinci, quedaron enterrados en sus notas, y
no fueron conocidos a tiempo por los científicos e ingenieros.
Algunas de las bases matemáticas de la ingeniería civil se remontan a los antiguos tiempos de los griegos. El principio de la palanca, por ejemplo, que Arquímedes (287-212 A.C.) entendió y describió, todavía se utiliza ampliamente en los cálculos de ingeniería civil. No fue sino hasta Galileo Galilei (1564-1642), sin embargo, que varias de las características de la ingeniería moderna y la ciencia comenzaron a ser bien formadas, como por ejemplo la idea de que la mejor prueba de una proposición o idea era un experimento. (Hoy en día decimos "poner la idea a prueba." Galileo utilizó el término cimento, o prueba, en otras palabras, para "pasar la idea por el ensayo de la prueba."). Por casualidad, el mismo año que murió Galileo, Isaac Newton nació. Newton (1642-1727) desarrolló y potenció en gran medida los campos de la física del nivel que tenían en la época de Galileo, y que siguen en uso en la actualidad.
Algunas de las bases matemáticas de la ingeniería civil se remontan a los antiguos tiempos de los griegos. El principio de la palanca, por ejemplo, que Arquímedes (287-212 A.C.) entendió y describió, todavía se utiliza ampliamente en los cálculos de ingeniería civil. No fue sino hasta Galileo Galilei (1564-1642), sin embargo, que varias de las características de la ingeniería moderna y la ciencia comenzaron a ser bien formadas, como por ejemplo la idea de que la mejor prueba de una proposición o idea era un experimento. (Hoy en día decimos "poner la idea a prueba." Galileo utilizó el término cimento, o prueba, en otras palabras, para "pasar la idea por el ensayo de la prueba."). Por casualidad, el mismo año que murió Galileo, Isaac Newton nació. Newton (1642-1727) desarrolló y potenció en gran medida los campos de la física del nivel que tenían en la época de Galileo, y que siguen en uso en la actualidad.
Una aproximación intuitiva al concepto de gravedad lo
encontramos en la obra de Lucrecio (60 A.C.): “De Rerum Natura”, siendo la idea
del heliocentrismo de Aristarco de Samos en el 270 A.C. Pero fue el inglés Isaac Newton, quien definió las
leyes de la gravedad, partiendo de las observaciones y conclusiones del polaco
Mikolaj Kopernik (en latín Nicolaus Copernicus, que en 1543 publicó “De Revolutionibum
Orbium Caelestium”), del alemán Johannes Kepler (con sus tres leyes de
movimientos planetarios de 1609-1619 en “Epitome Astronomiae Copernicanae”), del
italiano Galileo Galilei (inercia, caída de cuerpos, péndulo, observaciones
telescópicas, en “Discorsi di Due Scienze”, 1633, y otras obras), así como de
otros grandes estudiosos, como reconociera el propio Newton cuando erigió su “Principia
Mathemática” (1687) donde expresó las leyes de la gravedad.
 |
| Teoría heliocéntrica |
En general se acepta que Galileo Galilei (1564-1642) es el creador de la mecánica moderna. En el famoso libro "Two New Sciences",
trató diversos problemas relacionados con la mecánica, como por ejemplo
la resistencia de una viga de piedra. Puso sus métodos de aplicación en
el análisis de esfuerzos, en una secuencia lógica. Su conferencia
pronunciada en la Universidad de Padua, atrajo a muchos eruditos
provenientes de toda Europa, y difundió el método de la ciencia moderna.
También, el estudio de la dinámica de los cuerpos en movimiento tuvo sus inicios en Galileo (1564-1642) con los famosos experimentos sobre los cuerpos que caen, y su tratado "De Motu Gravium" preparado en 1590.
Ya desde antes de 1640, Galileo señaló la diferencia entre sólidos,
semi-líquidos y líquidos. Este aseveraba que los semi-líquidos, a
diferencia de los líquidos, mantienen su forma cuando se les apila, y
que, si se les hace un hueco o cavidad en la superficie, la agitación
hace que se rellene el hueco, mientras que en los sólidos, la cavidad no
se rellena. Esta es una rústica descripción de la propiedad llamada pendiente natural de los materiales granulares,
fácilmente observable en arenas limpias y secas, aunque es reconocido
que los suelos o terrenos con diversas cantidades de arcilla y humedad,
tienen diferentes pendientes naturales de reposo. Es importante no
confundir el ángulo de reposo natural, con el ángulo de fricción interna
(propiedad no índice del suelo), aunque muchos autores han seguido a
Woltmann, quien, al traducir los escritos de Coulomb, cometió ese error.
Robert Hooke (1635-1704) publicó el libro "Of Spring"
en 1678, demostrando que el grado de alargamiento de un resorte es
proporcional a la carga aplicada para diversos casos. Ese mismo
año, publicó el primer tratado científico tratado, "De Potentia Restitutiva", donde discute las propiedades elásticas de los materiales. En ella, fue introducida la ley de Hooke relacionando
fuerza y deformación y este desarrollo se convirtió en el fundamento de
la mecánica de los cuerpos elásticos. En general, se cree que a Hooke
se le ocurrió la idea de la deformación elástica, cuando se llevaron a
cabo experimentos de compresibilidad del aire en la Universidad de
Oxford como asistente de Robert Boyle (1627-1691), quien propuso la ley
de Boyle.
El ingeniero del ejército francés Charles Augustin de Coulomb
(1736-1806) contribuyó en gran medida al estudio y la comprensión de la
mecánica de los cuerpos elásticos. De especial interés es su trabajo "Sur une Application des Rugles de Maximis et Minimis à Quelques Problèmes de Statique Relatifs à L’architecture", presentado en 1773 a la Academia Francesa de Ciencias y publicado en Mém. Acad. Sci. Savants Ètrangers
en 1776. Tal vez mejor conocido en la Ingeniería Geotécnica por su
trabajo pionero en las teorías de la presión de tierras, Coulomb también
produjo aportaciones fundamentales en los campos de la electricidad y
el magnetismo. Avances posteriores fueron efectuados por Navier
(1785-1836), que en 1820 se presentó un libro de memorias a la Academia
de Ciencias incluyendo las ecuaciones fundamentales de la teoría
matemática de la elasticidad.
Fue Coulomb (1773) quien aplicó a los suelos las leyes fundamentales de la fricción. Él descubrió que la resistencia a lo largo de una
superficie de falla dentro de un suelo es función tanto de la carga por unidad
de área como de la superficie de contacto. Puede considerarse como la primera
contribución importante a la Mecánica de Suelos. La resistencia de los suelos a
la deformación depende, sobre todo, de su resistencia al esfuerzo cortante.
Esta resistencia equivale, a su vez, a la suma de dos componentes: la fricción
y la cohesión. La resistencia friccional surge entonces de la irregularidad de
los contactos entre partículas, y es proporcional a la fuerza perpendicular
entre ellas (presión normal). La cohesión, que es la resistencia máxima a la
tensión de un suelo, es resultado de las fuerzas de atracción que hay entre gránulos
en contacto íntimo, y no depende de la presión normal. Sin embargo, es raro encontrar
esta cohesión verdadera; lo más común es que los suelos tengan cierta
resistencia friccional.
Thomas Young (1773-1829) publicó su trabajo de 2 volúmenes "A Course of Lectures on Natural Philosophy and the Mechanical Arts"en Londres en 1807. Entre sus contribuciones (por ejemplo, introduciendo el concepto de Módulo Elástico)
estuvo su precursor método para calcular las tensiones en las barras
elásticas provocada por el impacto longitudinal teniendo en cuenta el
esfuerzo de propagación de ondas. Eaton Hodgkinson (1789-1861)
contribuyó con su práctico trabajo experimental sobre los efectos de los
impactos axiales en las vigas. Sus resultados fueron publicados en los
informes de British Association Reports entre los años 1833-1835.
Barré de Saint-Venant (1797-1886) fue un científico brillante, destacado
ingeniero, y el hombre valiente. Él fue el primero en su clase en la
Escuela Politécnica, y fue excepcionalmente admitido en la École des
Ponts et Chaussées sin examen. A la edad de 17 años, egresado de la
escuela como sargento de desprendimiento de la escuela por primera vez
en 1814, cuando los ejércitos aliados se acercaban a París, salió de las
filas proclamando: "Mi conciencia me impide luchar por un usurpador ... "
(Timoshenko, 1953). Saint-Venant produjo soluciones imaginativas (sin
éxito al comienzo, por la utilización de series trigonométricas, y más
tarde por expresiones forma cerrada) para el problema de una barra
elástica fija en un extremo y golpeada axialmente en el otro extremo.
Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929) fue el alumno más distinguido de Saint-Venant. Boussinesq resolvió el problema de impacto longitudinal de barras prismáticas en términos de funciones discontinuas. En 1883, Saint-Venant produjo tablas de cálculo y diagramas que ilustran los impactos longitudinales para diferentes relaciones entre el peso de la barra golpeada y la de la masa que impacta sobre la base de la solución de Boussinesq solución (Timoshenko y Goodier, 1951). Demostró que el esfuerzo máximo puede ocurrir en el extremo fijo de la barra.
Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929) fue el alumno más distinguido de Saint-Venant. Boussinesq resolvió el problema de impacto longitudinal de barras prismáticas en términos de funciones discontinuas. En 1883, Saint-Venant produjo tablas de cálculo y diagramas que ilustran los impactos longitudinales para diferentes relaciones entre el peso de la barra golpeada y la de la masa que impacta sobre la base de la solución de Boussinesq solución (Timoshenko y Goodier, 1951). Demostró que el esfuerzo máximo puede ocurrir en el extremo fijo de la barra.
Heinrich Rudolph Hertz (1857-1894) estudió en Berlín con Gustave
Robert Kirchhoff (1824-1887) y más tarde hizo importantes avances, entre
ellos contribuciones a la teoría de la compresión de los cuerpos
elásticos, donde se presentan soluciones en las tablas numéricas, para
simplificar aplicaciones prácticas para propósitos de ingeniería.
El estudio de las vibraciones mecánicas y los armónicos se originó en
las antiguas investigaciones de las cuerdas vibrantes en los
instrumentos musicales. Pitágoras (582-507 A.C.) llevó a cabo
experimentos que muestran que para dos cuerdas similares sometidas a
igual tensión, si una es el doble de la longitud de la otra, produce
tonos que son una octava parte. Los primeros fabricantes de liras tenían
un conocimiento práctico de las interrelaciones entre la densidad, la
longitud, la tensión y la frecuencia. Joseph Sauveur (1653-1716)
es generalmente acreditado por los primeros intentos para calcular la
frecuencia de una cuerda vibrante, una tarea que se llevó a cabo más
tarde por Brook Taylor (1685-1731) en 1713. A John Wallis (1616-1703) se
acredita la observación del fenómeno de los modos. Sauveur sugirió el
nombre de modo "fundamental" para el de la menor frecuencia de
vibración, y "armónicos" para los otros modos. Daniel Bernoulli
(1700-1783) fue el primero en proponer el principio de superposición
lineal de armónicos. J.B.J. Fourier (1768-1830) estableció el método de
la serie armónica que presentó en 1822 en su "Analytical Theory of Heat Flow" (que ilustra la universalidad de la aplicabilidad general del método).
La ecuación derivada para una cuerda vibrante por Jean Le Rond
d'Alembert (1717-1783) en 1747 es idéntica a la que propuso Lagrange
(1736-1813) para el tubo de órgano. Esta ecuación ahora se denomina "ecuación de onda",
a pesar de que el carácter ondulatorio de este tipo de vibración no se
reconoció en ese momento (Burton, 1968). D'Alembert fue pionero en el
estudio de las ecuaciones diferenciales parciales, y sus aplicaciones en
la física, y escribió la mayoría de los artículos de matemáticas en
el Volumen 28 de la Enciclopedia. Él presentó un artículo titulado: "Réflections sur la cause générale des vents" de la Academia Prusiana, por la que ganó el premio 1747.
A finales del siglo XVII, este ingeniero militar dicta reglas y
fórmulas empíricas para la construcción de muros de contención, creando
un código de edificaciones militares. En 1704, el mariscal Vauban publicó el 'Tratado de ataque a las plazas', y en 1706 el 'Tratado de la defensa de las plazas'.
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| Sébastien Le Prestre-Vauban (1633-1707) |
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En realidad, Vauban nunca dictó un sistema de construcción propiamente dicho, ya que desarrollaba cada proyecto independientemente adecuando sus ideas en cada caso.
Enunció teorías importantísimas sobre la construcción de
fortificaciones, que construía en una célebre forma de estrella,
conocida como la Estrella de Vauban,
y también desarrolló numerosos cálculos y sistemas constructivos para
muros de defensa, sus espesores, sus cimentaciones forma de los
contrafuertes y demás detalles.
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| Ciudadela de Perpignan (Francia) diseñada por Vauban |
Leonardo da Vinci (1452-1519)
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| Retrato de Leonardo da Vinci por Giorgio Vasari |
Leonardo da Vinci tiene el mérito de ser el primero que hizo estudios cuantitativos sobre el problema de la fricción. Los montajes experimentales de
Leonardo para las mediciones de fricción eran bastante simples. Midió
el ángulo de α de un plano inclinado, donde un cuerpo, colocado sobre el
plano, comenzaba a deslizarse y el peso necesario para desplazar un
bloque sobre una mesa. Con sus métodos sólo fue capaz de medir la
fricción estática y muy probablemente no era consciente de la diferencia
entre la fricción estática y cinética. Leonardo encontró las dos
siguientes leyes de la fricción:
- La fricción producida por el mismo peso será igual a la resistencia al principio de su movimiento, aunque el contacto puede ser de diversas anchuras y longitudes.
- La fricción produce el doble de la cantidad de esfuerzo si el peso se duplica.
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(Dibujos originales)
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Vasari recordó a Leonardo como, "con frecuencia ocupado en la preparación de planes para eliminar las montañas o atravesarlas con túneles de llanura a llanura". Sus estudios de la Tierra y el trabajo en las áreas de la Geología le condujeron a a algunas conclusiones interesantes y muy avanzadas. Él:
- Denunció el relato bíblico del Diluvio Universal. Señaló que no habría habido hacia donde retroceder el agua y que cualquier gran diluvio permitiría encontrar fósiles y conchas mezcladas en el lodo, dejándonos sin los pasos regulares y las capas que los geólogos estudian con tanto cuidado.
- Se convirtió en el primer hombre en reconocer que los fósiles son los restos preservados de formas de vida muertas.
- Concluyó que las rocas pueden estar formadas por sedimentos en el agua, y que los ríos erosionan las rocas y llevan su sedimento al mar. Afirmó que, "las rocas estratificadas de las montañas son todas capas de arcilla, depositadas una encima de otra por las varias inundaciones de los ríos ... En cada concavidad en la cumbre de las montañas siempre se encuentran las divisiones de los estratos en las rocas. "
- Planteó una teoría de que la Tierra había sido cubierto de agua y que, a lo largo de los siglos, que había emergido de las profundidades del mar.
- También registró cómo distintas capas de rocas y fósiles podrían ser rastreadas a lo largo de distancias, y que las diversas capas se formaron en momentos diferentes, "... las conchas de los depósitos de Lombardía se encuentran en cuatro niveles, y así están en los alrededores, habiéndose originado en diferentes tiempos ".
Casi 300 años más tarde, estos principios fueron redescubiertos y utilizados por los geólogos modernos. Leonardo tenía las siguientes ideas sorprendentes sobre la geología y los fósiles:
- Los depósitos que aparecen en la cima de las montañas y los huesos de peces en las cuevas deben ser los restos de animales que hace mucho nadaban en estos lugares que estuvieron cubiertos por el mar. La afirmación de que fueron arrastrados allí por el diluvio bíblico es una explicación totalmente insuficiente. Así que la superficie de la tierra ha cambiado con el tiempo, con presencia de suelo donde una vez hubo mar.
- La fuerza de la naturaleza más poderosa es el movimiento del agua en los ríos. El agua ha esculpido las características más importantes del paisaje mismo, un proceso que debe haber tomado un tiempo muy largo.
- Por lo tanto los procesos naturales lentos e implacables, y no el acto divino instantáneo que se describe en el Génesis, han dado forma a nuestro planeta.
Las notas de los cuadernos de Leonardo demuestran que se preocupaba por
los problemas básicos de la ciencia y como llegó a algunas de sus
radicales conclusiones. Él no se limitó a pensar en estas cosas en
abstracto - hizo una verdadera investigación. Cuando vivía en Milán como artista de la corte de Ludovico Sforza estaba convenientemente cerca de los Alpes. Se fue caminando a las montañas y se subió a la cima del Monte Rosa.
Escribió en sus notas sobre la exploración de una cueva en la montaña
donde encontró grandes huesos fósiles, y reveló que era famoso por su
interés en las rocas y las extrañas formas escondidas en su interior: un
día, dice, cuando vivía en Milán, algunos campesinos le trajeron un
saco lleno de conchas marinas que habían encontrado en las montañas.
Siglos más tarde, el reconocimiento de Leonardo de que los fósiles
cuentan la verdadera historia de la Tierra, sería redescubierto por la
ciencia y esta observación trastocó el punto de vista religioso de la
creación. Pero los creacionistas que todavía tratan de argumentar en
contra de la evidencia de las rocas deben saber que no fue Darwin quien
dio el primer golpe contra el punto de vista bíblico de la naturaleza,
fue Leonardo da Vinci.
 |
| Paisaje en la 'Virgen de las Rocas' (1483-1486) |
Antes de Coulomb, se hicieron muchos intentos de enfrentar los problemas
de la mecánica de suelos, en lo que podría llamarse el período
pre-clásico; ejemplos de ello se pueden encontrar fácilmente en la
práctica del diseño racional para la construcción de fundaciones y
presas de tierra, basado en sanos criterios técnicos de ingeniería.
La Mecánica de Suelos
en su forma actual es una adición relativamente reciente en el campo de
la ingeniería. El interés en el comportamiento de los suelos y rocas
para propósitos de ingeniería se remonta a la época romana (Paladio en su libro De Re Rustica),
pero los avances más significativos en el análisis parece que se
remontan al siglo XVIII, cuando la necesidad de construir grandes
terraplenes defensivos, llevaron a los primeros trabajos sobre los muros
de contención. El informe de Coulomb, entregado a la Académie Royale
des Sciences en 1773, y publicado en 1776, representa uno de los
primeros reporteso que mostró una comprensión considerable, entre otras
cosas, del comportamiento de los suelos, y cuyos resultados siguen
siendo válidos y en uso (Heyman, 1972). Posteriores trabajos,
principalmente emitidos por los franceses, perfeccionaron mucho las
soluciones disponibles, pero poco aumentaron el conocimiento
fundamental.
Este período se concentró en los estudios relativos a la pendiente natural y pesos específicos de diversos tipos de suelos, así como las teorías semiempíricas
de presión de tierra. En 1717 un ingeniero real francés, Henri Gautier
(1660-1737), estudió las pendientes naturales de los suelos cuando
reposan en una pila, para la formulación de los procedimientos de diseño
de muros de contención. La pendiente natural es lo que hoy conocemos
como el ángulo de reposo. Según este estudio, la pendiente natural de la
arena limpia y seca, y de la tierra común era de 31° y 45°,
respectivamente. Además, el peso unitario de la arena limpia y seca, y
de la tierra ordinaria recomendados fueron de 18.1 kN/m3 (115 lb/pie3) y 13.4 kN/m3 (85 lb/pie3), respectivamente. No se reportaron resultados de pruebas sobre arcilla. En 1729, Bernard Forest de Belidor
(1671-1761) publicó un libro de texto para los ingenieros militares y
civiles en Francia. En el libro, él propuso una teoría para la presión
lateral de tierra en muros de contención que fue una continuación del
estudio original de Gautier (1717). También se especificó en el documento un sistema de clasificación del suelo.
.png) |
| Clasificación de Suelos de Belidor (1729) en Das, B.-Principles of Geotechnical Engineering. 6th Ed. 2006 |
 |
| Peso Unitario y Ángulo de Fricción Interna de algunos Suelos |
Los primeros resultados de las pruebas de laboratorio en un modelo de 76
mm de altura (3") de un muro de contención construido con relleno de
arena, fueron registradas en 1746 por el ingeniero francés, Francois
Gadroy (1705-1759), quien observó la existencia de planos de
deslizamiento en la falla del suelo. El estudio de Gadroy fue
posteriormente resumido por J.H. Mayniel en 1808.
De acuerdo con Mayniel (1808), Bullet fue el primero
en tratar de establecer una teoría de la presión de tierras, en
1691. Más importante aún, es que Bullet señala la importancia de la
investigación de campo del sitio (site investigation) para las
fundaciones de estructuras de contención y recomienda el uso de sondeos
para determinar los diferentes estratos de suelo bajo un sitio, y para
asegurarse de que suelos pobres no subyacen a suelos buenos. Cuando no
se podían hacer los sondeos, Bullet recomendó el uso de un método
indirecto de investigación mediante el cual la calidad del suelo se
determina a partir del sonido y la penetración alcanzada cuando era
golpeado con una barra de 6 - 8 pies de longitud (1.80 - 2.40 m).
Si bien el uso de sondeos para investigar el subsuelo data de los siglos
atrás, resulta sorprendente que el equipo para hacer sondeos en suelos
blandos también tiene una larga historia. Jensen (1969) y Whyte (1976)
ilustran los tipos de equipos de perforación en uso alrededor de 1700, y
muchas de las herramientas presentan un gran parecido con las
utilizadas en la perforación de percusión ligera, en la actualidad en el
Reino Unido.
La pila helicoidal
fue inventada en el siglo XVIII de acuerdo a reportes escritos. A
comienzos del siglo XIX un constructor inglés en hombre Alexander
Mitchell utilizó pilas helicoidales instaladas a mano en el diseño
fundaciones para faros. Esta tecnología fue llevada a los Estados
Unidos, donde los faros fueron construidos sobre pilotes helicoidales a
lo largo de la Costa Este, algunos de los cuales todavía pueden ser
visitados hoy día. La instalación era mano utilizando la fuerza bruta
humana o el trabajo de animales.
Un tiempo o después de la introducción de las pilas helicoidales en la
industria de fundaciones, se mejoraron los métodos de perforación de
pilas e hincado de pilotes hasta el punto de que los pilotes
helicoidales instalados a mano ya no resultaban económicos, y se
abandonó su uso. No fue hasta mediados del siglo XX, que se
desarrollaron equipos de instalación trajeron nuevamente los pilotes
helicoidales a la demanda.
El estudio de ingeniería de estabilidad de taludes
en las excavaciones, así como en terraplenes, se inició en 1769 por
J.R. Perronet en Francia. Él ya había investigado perforaciones y pozos
de prueba para el diseño y construcción de terraplenes. En 1776 C.A.
Coulomb, también en Francia, publicó un artículo sobre el análisis de
equilibrio límite en mecánica de suelos. Las presas de terraplén en Gran
Bretaña eran diseñadas y construidas con base en el conocimiento
empírico. El reservorio Entwistle, construido en el año 1837, fue la
presa más alta del mundo hasta 1882, inicialmente con 33 m de altura y
más tarde elevada a 38 m. Más de 260 terraplenes de más de 15 m de
altura fueron construidos en Gran Bretaña hasta 1930. En los Estados
Unidos se construyeron 360 terraplenes de más de 15 m de altura.
 |
| Reservorio Thurston y Entwistle (Lancashire, Inglñaterra) |
Dentro de las prácticas agrícolas del siglo XVIII, los agricultores solían reemplazar suelos livianos con una mezcla de arcilla y limo y drenaban sus tierras con zanjas rellenas con piedra alineada.
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En 1699, el físico francés Guillaume Amontons redescubrió las leyes
de la fricción al estudiar el deslizamiento entre dos superficies
planas, tema que ya había sido estudiado por el italiano Leonardo da
Vinci a finales del siglo XV, pero desafortunadamente sus escritos no
fueron publicados hasta cientos de años después de sus descubrimientos.
Dos siglos después de los descubrimientos de Leonardo da Vinci, el físico francés Guillaume Amontons, consideró nuevamente el problema de la fricción.
En sus experimentos utilizó resortes para medir las fuerzas laterales y
por lo tanto debe de haber sido capaz de medir la fricción estática y
cinética, aunque Amontons no era consciente de la diferencia entre estos
dos fenómenos de fricción.
Amonton postuló las siguientes tres leyes de la fricción, estudiando es deslizamiento seco de dos superficies planas:
- La resistencia causada por el roce solo aumenta o disminuye en proporción a la mayor o menor presión (carga) y no de acuerdo con la mayor o menor área de las superficies.
- La resistencia causada por el roce es más o menos la misma para el hierro, plomo, cobre y madera en cualquier combinación, si las superficies están recubiertas con grasa de cerdo.
- La resistencia es más o menos igual a un tercio de la presión (carga).
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| Dispositivo utilizado por Amontons para medición de la fricción |
Amontons creyó que la fricción era
predominantemente resultado del trabajo realizado para arrastrar una
superficie sobre la rugosidad de otra, o de la deformación o el desgaste
de la otra superficie. Varios siglos después del trabajo de Amontons,
los científicos creían que la fricción se debía a la rugosidad de las
superficies.
Amontons encontró un coeficiente de fricción independiente del
material, de 0,33 y por tanto también creía en la existencia de un
coeficiente de fricción universal.
Hubert Gautier, también conocido como Henri Gautier, (Nimes, 21 de agosto de 1660 – París 27 de Septiembre de 1737) fue un ingeniero francés, que en 1716, escribió el primer libro sobre la construcción de puentes, Traité des ponts. Estuvo
muy atraído por la ciencia matemática, y se dedicó a la astrología
judicial. Fue nombrado ingeniero real y sus primeros encargos fueron en
la Marina. También fue utilizado en varias obras públicas de Languedoc. Gautier se
formó como médico, acudiendo finalmente a las matemáticas y la
ingeniería. Ejerció como ingeniero durante 28 años (desde 1689) de la
provincia de Languedoc, hasta 1713, cuando se mudó a París para convertirse en Inspecteur des ponts et chaussées (inspector de puentes y caminos del reino) en 1716. En 1693, Gautier, presentó su primera gran obra: Traité de la construction des chemins (Tratado
sobre las construcciones de carreteras de Francia) (1693). Entre sus
principales obras se cuenta su participación como arquitecto en el Coursan Bridge, como diseñador en el Canal du Midi y como ingeniero en el Vauban Fort. En 1731 se retiró del ejercicio de la ingeniería.
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| Henri Gautier (1660-1737) |
El 18 de octubre 1685, Luis XIV de Francia, mediante el Edicto de Fontainebleau, revoca el Edicto de Nantes, que reconoce la libertad de culto para los protestantes, firmado en abril de 1598 por Enrique IV de Francia.
Trabajó en el Fuerte Vauban en Nîmes entre
1686 y 1688. En 1689 se convirtió en ingeniero en la provincia de
Languedoc. Se convirtió al catolicismo de manos del abad Fléchier, de la
diócesis de Nimes, el 28 de junio 1689.
Publicó en 1693 el Traité de la construction des chemins (Tratado
sobre las construcciones de carreteras de Francia), publicado en
Toulouse (siendo el primer tratado moderno). Entre 1689 y 1694,
participó en la construcción del puente Coursan, Aude. Desde 1695 hasta 1713, trabajó en el Canal du Midi bajo las órdenes de Antoine Niquet (en su Traité des ponts indica que los puentes del Canal du Midi, él dirigió la construcción y proyectó arcos ondulados hacia el lecho del río).
Después de su segundo matrimonio, el 27 de febrero de 1700, obtuvo el
título de Doctor en Medicina y de Ingeniero del Rey sirviendo en la
Marina. Sin embargo, el intendente del Languedoc, Nicolas Lamoignon Basville, lo empleó para la construcción de obras públicas.
En 1713 se convirtió en uno de los primeros inspectores generales de
Caminos y Puentes y se estableció en París. En 1714, se definieron los
inspectores de las intervenciones generales de los puentes y caminos.
Gautier fue encargado de las obras viales de la ruta de Brie par Rosoy y de los trabajos en Bourbonne-les-Bains. En 1716, por razones de economía, el Regente, Philippe d'Orléans, redujo el personal Puentes y carreteras. Los despedidos de la comisión, el 4 de febrero de 1716 fueron:
- Lahite, Inspector General,
- Gabriel , arquitecto, primer ingeniero,
- La Guépière, Gautier y Fayolle, inspectores.
Henri Gautier en 1716 publicó la primera edición del Traité des ponts. Fue el único tratado de los puentes, hasta que se publicó el de Émiland-Marie Gauthey en
1809-13. Hubo varias ediciones hasta 1768. Fue traducido al alemán en
1759. En este libro definió la regla del espesor de una pila entre un
cuarto y un sexto de la apertura del arco adyacente.
Indica también, que la ataguía necesaria, para permitir la construcción
de una pila dentro de un río, debe tener un espesor igual a la altura de
agua que debe soportar. Los pilotes a realizar a cada lado de la
ataguía deben estar separados uno de otro por tres pies.
En 1717 publicó la Dissertation sur l'épaisseur des culées des ponts, sur la largeur des piles (ensayo sobre el grosor de los pilares del puente, y sobre la longitud de las pilas). En 1716 y 1721, se re-editó en París el Traité de la construction des chemins.
En 1729, se decidió reparar el puente de Compiègne.
Gautier fue responsable de las especificaciones de los trabajos. Sin
embargo, se consideró que la reparación sería insuficiente a expensas de
un costo significativo. Luego se contrató al inspector Lahite
para hacer un proyecto de reconstrucción total del puente. Se construyó
un puente temporal de madera en 1730. El ingeniero Jean Hupeau dirigió los trabajos, que se completaron en mayo de 1733.
Henri Gautier, incapaz de trabajar como contratista se retiró, el 7 de noviembre 1731 por un decreto del Consejo de Estado: " El
rey fue informado que el señor Gautier, Inspector de Puente y Caminos
de su reino, después de servir en calidad de ingeniero
de Languedoc durante veintiocho años, y desde 1716 y hasta el día de
hoy, en calidad de inspector general de París, ya no puede soportar el
cansancio de un trabajo tan doloroso en el que ha cumplido las funciones
con la misma integridad y vigilancia, y Su Majestad ha dispuesto de
inmediato dar un testimonio de la satisfacción que tiene de sus
servicios de auditoría y de dar empleo a un sujeto capaz de cumplirlas
dignamente ... Su Majestad en Consejo ha comprometido y está
comprometiendo, en sustitución del Sr. Gautier, y en el citado cargo de
inspector de puentes y carreteras del reino, al señor Pitrou actualmente
ingeniero de dichos puentes y carreteras en la generalidad de Bourges
... así concedido y le da el Sr. Gauthier en auditoría de la suma de
2000 libras, cada año, para que ésta le permita disfrutar de su vida en
la forma de fondos de pensiones anual del Estado sobre los puentes y
carreteras ... "
En su Traité des ponts, Gautier sentencia sobre la ética del interventor:
Los contratistas no dudan en enriquecerse a costa del rey o de quienes trabajan para ellos, y los ingenieros, los inspectores de las obras, por el contrario, sólo tienen en mente la honestidad con la que actúan y de ser muy apreciados, y no dudan en considerar al primero como a sus enemigos, cuando son infieles.
Adicionalmente, en su capítulo sobre los muros de contención, Gautier
dice que los suelos para uso en terraplenes se pueden clasificar como:
arena, tierra ordinaria, o arcilla (glaise), y determinó la
pendiente natural de estos suelos en las dos primeras categorías,
midiendo el ángulo natural de reposo, al ser amontonados, como 5:3 (31°)
para la arena seca limpia y 1:1 (45°) para una tierra recién excavada y
en terrones. No hizo pruebas en arcilla, pero afirmó que cuando está
bien compactada ejercerá presiones menores que la tierra o la arena.
También da los siguientes pesos unitarios: agua 63, 116 arena, tierra
84, albañilería 126 lb/ft³.
En la presentación de una teoría para el diseño de muros de contención,
parte de la observación de que mientras la tierra se mantendrá en su
pie, sin soporte, en su pendiente natural CA (siguiente figura) la
función de un muro de contención, es claramente retener la cuña de
tierra ABC situada por encima de la pendiente natural.
.jpg) |
| Teoría de la cuña de Gautier (1717) (en Skempton, 1994) |
Asumiendo que el muro se ha construido hasta un altura CE. Luego, la
altura de la tierra restante por encima de este nivel, reposaría en su
ángulo de pendiente natural FG, y por lo tanto, requiere una base que se
extiende hasta F, donde EF = ½ BE, y por supuesto la pendiente JG sería
estable si el triángulo EFJ fuera reemplazado por mampostería. Este
argumento es el mismo para cualquier nivel entre C y B, por lo que el
perfil teórico de un muro de contención es el triángulo BCD en el que CD
= ½ BC.
En la práctica, el muro debe tener un ancho superior de corona finito, y
usualmente se construye con una inclinación de la cara frontal de, por
ejemplo, 1/5: 1. Como una regla simple, por lo tanto, el muro puede ser
construido con esta inclinación y con la misma sección transversal del
triángulo BCD, en otras palabras, el espesor medio del muro debe ser un
cuarto de su altura. Gautier dio una tabla de dimensiones del muro,
y sigue la regla anterior exactamente para un muro de 20 pies (de 6.096
m) altura. A bajas alturas, sin embargo, aumenta la proporción
ancho:altura para permitir el efecto proporcionalmente mayor de las
cargas vivas sobre la superficie de soporte y, más bien ilógicamente,
permite una pequeña disminución en la proporción en muros de mayor
altura.
En 1721, Henri Gautier publicó un libro con sus reflexiones sobre la geología "nuevas
conjeturas del globo terráqueo, donde se muestra cómo la tierra se
destruye a diario, con el fin de cambiar el devenir de su figura: cómo
las rocas, los minerales, los metales y las montañas se formaron, los
cuerpos extraños tales como los restos de animales y conchas son
encontrados sepultados, el pronto retorno de los mares, por abismos de
mares interiores que circulan bajo la corteza para producir el flujo y
el reflujo. Esto muestra el espesor determinado de la corteza, la
profundidad de los mares, el gran vacío que ocupa el interior del globo,
la altura de nuestra atmósfera y muchas otras dificultades muy curiosas
que aún no se resuelven, y de las que no tenemos ninguna razón".
Continúa su explicación: El propósito principal de este libro es la
Tierra, y la forma en que está compuesta, como la vemos en cualquier
momento, y lo que por lo menos sabemos. .... no puedo adelantar nada
acerca de la disposición de la Tierra, como lo es hoy, que no se haya
probado mediante experimentos o por conjeturas probables, de los que
saben que algo pasó de una forma u otra, y no se sorprendan si en alguna
parte de Francia, durante un trabajo de excavación se encuentren marcas
del mar, en pozos más profundos, en las canteras de piedra, en las
minas de carbón, yeso, etc. se están constantemente descubriendo estos
depósitos subterráneos con diferentes bancos de piedra, etc. lugares en
los que todos conjeturamos que todas estas tierras fueron una vez el
fondo del mar. Pero para entender más fácilmente lo que digo en esta
Tesis, abreviando aquí lo que he hecho, he dividido el tema en cuatro
partes.
- En la primera, comento cómo cualquier tipo de formaciones rocosas se formaron sobre la Tierra y en los mares, y cómo se establecieron allí los cuerpos extraños encontrados, o como quedaron enterrados.
- En la segunda, explico cómo la Tierra se compone de una corteza gruesa que sobrepasa las 5390 toesas (toesas) de profundidad, incluyendo la profundidad del mar, que tiene 2390 toesas; que la atmósfera desde la superficie del mar es compuesta por vapores suspendidos o nubes, es de 5705 toesas y el resto de la Tierra por debajo de la corteza y el mar, es una gran brecha similar a la de un globo o de la vejiga, la piel se puede comparar con la corteza de la Tierra, y que supondría la anulación de 14 pulgadas y media de diámetro, llena de aire infinitamente más sutil, como más agitado, que el que está fuera, y que compone la atmósfera que respiramos sobre la Tierra.
- En la tercera parte, represento la forma en que en la Tierra está envuelta en materia etérea, y la forma en que gira alrededor del sol, constantemente suspendida por el choque de sus rayos, en proporción a su equilibrio, con igual cantidad de materia etérea: la forma de la corteza, aunque sea leve, puede soportar el movimiento de la fuerza central, que la empuja en revoluciones continuas desde su centro y es sostenida por el peso de la atmósfera, que empuja y comprime hacia dentro, hacia su centro : de cómo los mares interiores que se encuentran bajo la corteza se mantienen, así como los de fuera, en una experiencia natural, y cómo los hombres puede caminar sobre la corteza interior, asumiendo que fuera posible que no siempre se dirigieran hacia el centro de la Tierra, de como un Zenith común a todos los seres humanos que habitan este mundo, éste sigue siendo oscuro, en su lugar caminamos hoy en día sobre la Tierra de una manera única con el punto Zenith exactamente opuesto y diferente. Todavía se puede ver cómo la corteza de la Tierra puede ser deprimida en un lugar, para formar vastos mares, y subir en otro, para formar montañas.
- En la cuarta, demuestro por nuevas hipótesis, cómo la Tierra podría estar formada en un principio por el Autor de la Naturaleza, como los metales y los minerales se forman en su interior, como los arroyos y los ríos han sido la causa de la disolución de la corteza para producir el diluvio que Dios quería usar para reformar a la humanidad, cómo las secuencias de las montañas más altas se conformaron, cómo en tan poco tiempo la marea sube y baja, y los lugares donde se retiró. Todos los fenómenos más sorprendentes que suceden en la tierra y en los mares, se explican por medio de estas nuevas conjeturas, de una manera muy fácil y de acuerdo a los movimientos más simples de la naturaleza.
Pero las pruebas de explicaciones racionales de la formación de la Tierra, no se pueden separar de la enseñanza de la Iglesia.
Publicaciones:
- Henri Gautier - Traité de la construction des chemins - Toulouse - 1693
- Henri Gautier - L'art de dessiner proprement les plans, porfils, elevations geometrales, et perspectives, soit d'architecture militaire ou civile: avec tous les secrets les plus rares pour faire les couleurs avec lesquelles les ingenieurs representent les divers materiaux d'une place - 1697
- Henri Gautier - Traité des ponts - Paris - 1716 Google Livres
- Henri Gautier - Dissertation sur les culées, voussoirs, piles et poussées des ponts - 1717
- Henri Gautier - Histoire de la ville de Nîmes et de ses antiquités - 1720 Google Livres
- Henri Gautier - Bibliothèque des philosophes et des sçavans tant anciens que modernes - 1723 Google Livres
- Henri Gautier - Dissertation sur les projets de canaux de navigation, d'arrosage & pour la conduite des fontaines.
- Henri Gautier - Dissertation sur la conduite des mâts pour les vaisseaux du roi, depuis les forêts où on les abbat jusque dans les ports de mer auxquels on les destine - Paris
- Henri Gautier - Dissertaion qui résout les difficultés sur la poussée des voûtes & des arches, à différents surbaissements, sur les piles, les voussoirs, la charge des pilotis, le profil des murs qui doivent soutenir des terrasses, des remparts à telle hauteur donnée que ce puisse être. Paris
- Henri Gautier - Traité de l'art de laver les différents desseins qu'on envoie à la cour - Lyon
- Henri Gautier - Traité des armes à feu, tant des canons dont on se sert sur terre et sur mer, avec leurs proportions, comme des mortiers pour leurs jets de bombes, avec la manière de diriger leur portée - Lyon
- Henri Gautier - Traité des fortifications; avec l'examen de toutes le méthodes dont on s'est servi jusqu'alors pour fortifier les places - Lyon
- Henri Gautier - Plusieurs lettres ou nouvelles conjectures sur la peste, & sur tous les corps animés & inanimés - Paris
- Henri Gautier - Nouvelles conjectures sur le globe de la Terre.
Bernard Forest de Bélidor, nacido en Cataluña (España) en 1698 y fallecido en París el 8 de septiembre de 1761, fue un ingeniero militar francés.
El soldado
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Ingresa joven en el ejército, partiendo en 1742 como ayudante en la campaña de Baviera, durante la Guerra de sucesión de Austria, bajo las órdenes de Philippe Henri de Ségur y del duque François d'Harcourt. Sirve más tarde a las órdenes de Príncipe de Conti en Italia en 1744 y después en las Provincias Unidas, donde juega un papel activo durante el sitio de Charleroi. Es nombrado coronel en reconocimiento de sus servicios.
Era a su muerte brigadier del ejército real, caballero de San Luis,
inspector del arsenal de París y de la minas de Francia (desde 1758),
miembro de las academias reales de ciencias de Francia, Inglaterra y
Prusia.
El hombre de ciencia y profesor
Bélidor es nombrado profesor de artillería en la escuela de La Fère (Aisne) desde la creación de este establecimiento en 1720 e inspector general de minas de Francia. En 1722 entra como alumno en la Academia de Ciencias de Francia, donde será más tarde asociado libre (1756), Publica en 1725 su Nouveau cours de mathématique à l'usage de l'Artillerie et du Génie, donde aparece por primera vez la palabra sinusoide, Este curso se traduciría al alemán en 1745. Será empleado en todos los cursos de artillería y servirá de referencia en la École nationale des ponts et chaussées.
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| Fricción intergranular según B.F. Belidor (1729) |
En este famoso tratado para ingenieros militares y civiles,
Belidor expone ampliamente el diseño de muros de contención en
mampostería. Él adopta la clasificación de Gautier de los tres grupos de
material para utilizar en terraplenes y toma para cálculos estándar el
caso de la tierra ordinaria con una pendiente natural de 45°. Si la
tierra no tiene ninguna fricción, el empuje sobre un muro vertical con
relleno horizontal, sería igual al peso de la cuña ABC (de la Figura de
la Teoría de la cuña de Gautier), pero los suelos reales tienen algo de
resistencia (tenacité) y es razonable considerar el empuje como la mitad del peso. Así Belidor está postulando que
y demuestra que la resultante actúa en el punto del tercio inferior de
la altura del muro. No se considera la fricción del muro. El análisis se
extiende a muros con sobrecarga inclinada las paredes que llevan un
pendiente de pago y a muros con contrafuertes internos o la cara interna
inclinada, el principio de diseño equilibrar los momentos del empuje de
tierra y el peso del muro alrededor de la pata, tomando el peso
unitario de la mampostería como 1,5g y,
a continuación aumenta el espesor del muro un 25%. Belidor dice que
este factor de seguridad es particularmente deseable para los muros de
muelles y muros de carreteras.
Para muros con la cara posterior vertical y la cara anterior inclinada
en proporción 1/5: 1, el espesor medio (lo que permite el aumento del
25%) es un tercio de la altura si el relleno es horizontal. Belidor es
muy consciente de que este método de diseño implica una buena
cimentación. Si el suelo no es duro, se debe utilizar una base con
pilas. Varios intentos para abordar los problemas de presión de tierras
se hicieron durante los siguientes cuarenta años (a partir de 1729,
cuando Belidor publicó su tratado), pero sin mostrar mucho avance a la teoría de Belidor. Este trabajo ha sido ampliamente discutido por Mayniel (1808) en su Traité expérimentale, analytique et practique de la poussée de terres et des murs de revêtement.
En su elogio, la Academia de las Ciencias dijo que:
«Nunca obra alguna ha merecido más este título: contiene en efecto todos los principios necesarios para poner a todos los ingenieros en condiciones de aplicar en la práctica todos los conocimientos matemáticos que la lectura de la primera obra les ha podido dar.»
Publica en 1731 un tratado de balística, Le Bombardier françois (El Bombardero francés), seguido en 1737 de su mayor obra L'arquitectura hydraulique, ou l'art de conduire, d'élever et de ménager les eaux pour les différents besoins de la vie (publicada en cuatro volúmenes entre 1737-1753) (La Arquitectura hidráulica),
donde es utilizado por primera vez el cálculo integral en la resolución
de problemas técnicos y que abarca la ingeniería mecánica, molinos y
ruedas hidráulicas, bombas, puertos y obras marítimas. Será todo el
bagaje proporcionado a los ingenieros hasta fin de siglo y obra de
referencia de los alumnos de la École nationale des ponts et chaussées. Edita en 1755 un Diccionario portátil del Ingeniero, que no es más que una compilación resumida y abreviada del Diccionario de Arquitectura de Augustin-Charles d'Aviler, con algunas partes añadidas.
Bélidor acompañó a Jean-Dominique Cassini y Philippe de La Hire en su expedición para medir el meridiano de París en los años 1710s. Belidor fue el maestro de Abram Petrovich Gannibal, etíope favorito de Pedro el Grande. En noviembre de 1926 fue elegido miembro de la Royal Society. Se casó con la hija o nieta de de Fossiébourg.
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| Plano de la obra Arquitectura Hidráulica de B.F. Belidor (1737-1753) |
La importancia de Bélidor radica principalmente en su trabajo como pionero de la ingeniería basada en la ciencia. Él estaba en estrecho contacto con los círculos de la Académie des Sciences, y por lo tanto tenía acceso a los últimos conocimientos matemáticos; a través de sus libros y de sus enseñanzas en La Fere, contribuyó de manera significativa a la difusión de este conocimiento. Belidor trató temas tales como los de balística, la estabilidad de muros de contención y el análisis estructural de bóvedas.
Principales obras:
- Sommaire d'un cours d'architecture militaire, civile, hydrolique, et des autres traitez les plus utiles aux ingénieurs et architectes (1720)
- Nouveau cours de Mathématique à l'usage de l'Artillerie et du Génie, où l'on applique les parties les plus útiles de cette science à la théorie et à la pratique de différents sujets qui peuvent avoir rapport à la guerre (1725)
- La Science des ingénieurs dans la conduite des travaux de fortification et d'architecture civile (1729)
- Le Bombardier françois, ou Nouvelle méthode de jeter les bombes avec précision (1731)
- Forest de Bélidor, Bernard (1737-1739). Charles-Antoine Jombert, Libraire de l’Artillerie & du Génie, à l’Image Notre-Dame. ed (2 vol). Architecture hydraulique, ou l'Art de conduire, d'élever et de ménager les eaux pour les différens besoins de la vie (1796 par Prony, 1819 par Navier edición). à Paris, rue Saint-Jacques.
- Dictionnaire portatif de l'ingénieur (1755)
- Oeuvres diverses de M. Belidor concernant l'artillerie et le génie (1764)
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John Grundy era hijo de John Grundy, Sr. y
Elizabeth Dalton. Su padre era un profesor de matemáticas y agrimensor,
que más tarde se convirtió en un ingeniero civil. John nació en
el pueblo de Congerstone, Leicestershire, donde fue bautizado el 1o de julio de 1719. La familia se mudó a Spalding en el sur de Lincolnshire en 1739, después de que su padre se convirtió en ingeniero de las obras de drenaje en Deeping Fen.
Se unió a la Sociedad de los Caballeros, en diciembre de 1739, y
comenzó a trabajar en su primer proyecto de ingeniería conocido ese
mismo año. Esto fue por una esclusa en Pinchbeck, donde el drenaje Blue Gowt se unió al River Glen. Su padre probablemente supervisó el proyecto, y los dos ingenieros trabajaron en planes para mejorarlo hasta el río Witham
en 1743, que si bien no se llevaron a cabo en ese momento, fueron la
base para el trabajo posterior. Se casó con Lydia Knipe en enero de
1743, y tuvieron dos hijas, Mary y Lydia, que sobrevivieron hasta la
edad adulta, y cuatro niños más que murieron cuando eran bebés. Su
esposa murió en 1764, y se casó de nuevo en 1766, con Ann Maud, la viuda
del vicario de St. Neots.
Permaneció con sede en Spalding para el resto de su vida, y murió allí
el 15 de enero de 1783. En su testamento, se aseguró de que su viuda
estuviera bien provista, y dejó £ 1.000 a cada uno de sus cuatro nietos.
También legó sus libros y manuscritos al Rev. J.G. Thompson, que era su
nieto mayor, y más tarde se convirtió en el vicario de la parroquia de Belton, cerca de Grantham.
Ingeniería de las obras
Grundy estuvo involucrado con proyectos importantes en Grimsthorpe entre
1746 y 1752, que incluían una presa de tierra para crear un lago
artificial, y volvió allí de forma intermitente durante los próximos 20
años. Entre 1748 y 1764, trabajó como ingeniero para Deeping Fen, que
incluyó el mantenimiento del río Welland.
Durante este tiempo, él también participó en trabajos de consultoría y
ganó una buena reputación por esto. En 1762 se convirtió en el
recaudador de impuesto predial o territorial (Land Tax) en el
distrito Spalding, que a pesar de que sólo le ocupó durante unas pocas
semanas cada año, le ganó más dinero que su sueldo de Deeping Fen. Él
renunció a la posición en Deeping Fen en 1764, pero se mantuvo como un
consultor.
Sus siguientes proyectos incluyeron el esquema de drenaje Holderness, la planificación y supervisión de la Louth Navigation que abrió sus puertas en 1770, el esquema de drenaje Adlingfleet, la Driffield Navigation, que también abrió sus puertas en 1770, el esquema de drenaje Laneham y el esquema Weighton de drenaje y navegación,
completado en 1775. Él continuó actuando como consultor para Deeping
Fen durante este tiempo, y también supervisó la construcción del primero
de los muelles en Hull, el más grande de Inglaterra cuando fue terminado en 1778.
Después de 1775, estuvo mucho menos activo en el campo de la ingeniería
civil, aunque siguió produciendo informes cuando se le pidió. Su mayor
logro en este período fue la producción de sus Libros de Informes, alcanzando 12 volúmenes y 4000 páginas, con detalles de todos sus proyectos, a excepción de las obras de Deeping Fen.
Datos
La Ley para autorizar el esquema de Drenaje Holderness fue aprobada casi
al mismo tiempo que la esposa de Grundy durante 21 años murió. Él
escribió una carta personal a su amigo, el ingeniero John Smeaton,
expresando su tristeza. Menos de dos meses más tarde, los dos hombres
visitaron el lugar el 4 de julio de 1764, y produjeron un informe diez
días después. Más tarde, Grundy envió los dibujos de trabajo para la
esclusa terminal en el Humber
a Smeaton, quien hizo algunas sugerencias y elaboró una lista de
materiales. Grundy luego actuó como ingeniero para el proyecto, que
incluyó 17 millas (27 km) de una barrera en banco (jarillón) para proteger la tierra al este del río Hull de
la inundación generada por este drenaje. John Hoggard supervisó la
construcción del banco, mientras que Joseph Page actuó como ingeniero
residente para la construcción de la esclusa y desagües, y Charles Tate
actuó como agrimensor. Grundy hizo varias visitas para comprobar el
progreso, hasta que el drenaje principal y las compuertas (esclusa) se
completaron en octubre de 1767, aunque se siguió trabajando en el banco y
drenajes menores hasta 1772, bajo la supervisión de Hoggard.
El esquema de drenaje Laneham cubría un área de unas 10 millas cuadradas (26 km²) entre Laneham y West Burton en Nottinghamshire en la orilla occidental del río Trent.
Grundy fue abordado en diciembre de 1768 por un grupo de
terratenientes, y produjo sus primeros planos en febrero de 1769. Entre
ellos un drenaje interceptor a lo largo del borde occidental de la
región para enrutar varios cauces hacia a una esclusa en el Trent, un
jarillón (banco contra inundaciones) de 7 millas (11 km) para prevenir
la inundación del río, y un drenaje Madre con drenajes laterales para
dirigir el agua lluvia a otra esclusa. Luego elaboró planos detallados,
que sirvieron de base para una ley del Parlamento,
y se quedó en Londres durante marzo y abril de 1769 para garantizar que
la ley fuera aprobada. Se desempeñó como ingeniero de los Drainage
Commissioners que habían sido designados por la ley, y el proyecto fue
terminado en mayo de 1772, a tiempo y con un costo de £ 15000. Un cambio
en el esquema original fue su decisión, al añadir un molino de drenaje
en Sturton, para elevar el agua del drenaje Madre hacia el Trent. Hizo
siete o más visitas al sitio durante el curso del contrato.
Legado
Cuando murió, Grundy dejó sus libros de informes y copias de todos sus
informes posteriores a su nieto. Fueron comprados por Sir Joseph Banks, quien fue presidente de la Royal Society,
en 1793, y los informes sueltos fueron reunidos en cinco volúmenes
subsecuentes. La familia Banks conservó los libros hasta 1918, cuando se
vendieron en una subasta. Nada más se supo de ellos hasta 1955, cuando
el volumen 2 fue obtenido por el Instituto de Ingenieros Civiles de un librero en Londres. Posteriormente, los restantes 16 volúmenes fueron descubiertos en la biblioteca de la Universidad de Leeds,
donde habían estado desde 1930. Lord Brotherton los había dado a la
universidad como parte de una gran herencia, y fueron hallados en 1988.
Además de los informes de Grundy, los volúmenes contienen diagramas
cuidadosamente elaborados y planos, junto con copias de las
estimaciones, actas de reuniones y otros detalles de sus proyectos. El
volumen 2 abarca su trabajo en Grimsthorpe, el volumen 4 abarca el
trabajo sobre el río Dee
y los volúmenes 10 y 11 dan los pormenores del sistema de drenaje
Laneham. Estos volúmenes son particularmente importantes debido a que
hay muy pocos registros de estos proyectos.
En 1766, John Grundy publica su Report and estimates for an earth dam
at Grimsthorpe in Lincolnshire. In Surveys ... reports ... and
estimates in works of draining, navigation, and other business in
engineering, by John Grundy of Spalding, Engineer, pp. 143-151
(Library, Institution of Civil Engineers.). Allí describe como en 1748,
un gran lago ornamental, de 32 acres de extensión, se formó sobre la
propiedad del duque de Ancaster en Grimsthorpe, mediante la construcción
de una presa de tierra.
Diseñada por John Grundy, la presa (que aún existe) tenía una altura de
18 pies y núcleo central de arcilla, como se sabe por su informe escrito
en 1758. Ninguno de los dibujos originales parecen haber sobrevivido,
pero en 1766 las estimaciones producidas Grundy y una sección
transversal de una represa a construirse aguas abajo, que añadiría 20
acres extra al lago. Las estimaciones y la sección no tienen fecha, pero
hay un informe sobre el sistema de fecha 1766 y un plano, elaborado por
Grundy en 1767, mostrando el lago existente y el sitio de
la nueva presa propuesta (Binnie, 1976).
La presa iba tener una altura máxima de 25 ft., una pendiente ascendente
de 3½: 1, un talud de aguas abajo de 2:1, un ancho de cresta de 20 ft, y
un núcleo de arcilla de 6 m de ancho (como se muestra en la siguiente
Figura).
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| Sección transversal de una presa - John Grundy (1766) en Skempton (1994) |
Los bancos debían ser de tierra apisonada, utilizando materiales
disponibles localmente, y el núcleo se especifica como de arcilla 'bien apisonada y humedecida' después de ser 'templada'
(tempered); la arcilla iba a ser traída de un sitio seleccionado a
cierta distancia. Grundy admite 2 in/ft de asentamiento, e indica que la
altura de la construcción inicial tendría que ser de 29 pies. Estos son
los primeros detalles de ingeniería conocidos de una presa de tierra
inglesa, y que probablemente se aplicaron con poca variación a la presa
construida en 1748. Una característica especialmente interesante es el
muro de núcleo de arcilla. Núcleos de arcilla similares fueron
utilizados en las presas construidas por los ingenieros del canal en el
siglo XVIII, y los núcleos 'de barro de arcilla', generalmente de
sección cónica, fueron una característica estándar en las presas de
embalse del siglo XIX. La sección transversal y los estimativos de
Grundy son un buen ejemplo de diseño racional basado en la experiencia,
la observación y el juicio de la ingeniería sin el uso de análisis, en
un período en que el análisis o no existía o tenía insuficiente poder
para ser susceptible de aplicación.
Jean-Rodolphe Perronet (1708-1794)
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| Jean-Rodolphe Perronet (1708-1794) |
Nació en Suresnes, en el seno de una familia acomodada de París, su padre fue miembro de la guardia suiza. Fue aprendiz a la edad de 17 años, en el estudio de arquitectura de Jean Beausire, 'primer arquitecto' de la ciudad de París. Fue el encargado del diseño y construcción del gran alcantarillado de París (también denominado la gran cloaca de París), las obras de terraplenes y el mantenimiento de los caminos de la banlieue.
En el año 1735 es nombrado como sous-ingénieur (sub ingeniero o ayudante de ingeniero) y posteriormente ingeniero en la generalidad de Alençon,
y un año después (1736) ingresa al cuerpo de ingenieros de puentes
de París, y en este cargo construye la linterna de la
basílica Notre-Dame d'Alençon. En 1747 es nombrado director del cuerpo
de diseñadores reales (Bureau des dessinateurs du Roi), que también acababa de poner Daniel-Charles Trudaine a cargo de la producción de mapas y planeo para el reino; y trabajando posteriormente en la afamada École des ponts et chaussées, que tuvo como sede inicial el hotel Bruant Liberal en París.
A Perronet se le encargó la tarea de enseñar a los ingenieros de puentes y de caminos, así como de supervisar su trabajo en las généralités
en las que trabajaban. También recibió la dirección de planeación de
todos los proyectos de carreteras y el derecho a organizar, dirigir e
inspeccionar todo el trabajo en las provincias, en colaboración con los
inspectores generales.
El Bureau se convirtió en el Bureau des élèves des ponts et chaussées, luego en 1775 pasó a llamarse École des ponts et chaussées. Su fundador, inspirador y maestro, Perronet fue un verdadero padre espiritual para sus estudiantes
y utilizó un nuevo método de enseñanza que parece muy contemporáneo a
los ojos modernos. Durante este periodo de su vida, Perronet se hizo
amigo y mantuvo correspondencia, con el constructor de puentes suizo Charles Labelye.
Una política con visión de futuro, que llevó al primer departamento
nacional del transporte en Francia, fue iniciada por Enrique IV y Sully
al final del siglo XVI. Durante la segunda mitad del siglo XVII, fue
reorganizada por Colbert como el Corps des Ingénieurs des Ponts et Chaussées (Cuerpo
de Ingenieros de Puentes y Caminos), un grupo de arquitectos e
ingenieros del Estado, durante el reinado de Luis XIV. En 1747, inició
la École des Ponts et Chaussées (Escuela de Puentes y Caminos),
la más antigua institución académica en el mundo de la educación en
ingeniería civil, en el diseño de carreteras y puentes, con Perronet
como su primer director. Los primeros estudios teóricos relativos a la
estabilidad de los arcos, la transmisión de fuerzas y la forma
multi-radio, se llevaron a cabo en la escuela bajo la tutoría de
profesores ilustres como: La Hire, Gautier, Belidor, Coulomb, y Méry.
En el Reino Unido, un joven ingeniero suizo, Charles Labelye,
estaba construyendo el equivalente Inglés de los puentes de Perronet en
Francia. En su primer puente, el de Westminster (1750) sobre el Río
Támesis, desarrolló el caisson,
lo que hizo posible que los cimientos en pilares, pudieran ser
construidos en aguas profundas y de flujo rápido. Para resolver un
problema que había confundido a los constructores de puentes desde la
época romana, Labelye utilizó enormes cajas de madera construidas en la
orilla, flotando hasta su posición, y lentamente hundiéndolas hasta el
fondo del río con el peso de los pilares de mampostería colocados a cada
lado. Quince arcos de medio punto, gradualmente disminuyendo en
longitud desde el centro y aumentando en un elegante ángulo de caída, se
convirtieron en un estándar de alta ingeniería y arquitectura que se
destacó durante más de cien años.
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| Puente de Westminster (Ch. Labelye) |
Para construir los pilares que sustentan su puente de Westminster,
Labelye utilizó la nueva técnica. Él tenía un 'caisson' construido para
cada muelle, una gran caja de madera que flotaba hasta su posición en
el río. El pilar de piedra era construido en su interior y luego el peso
de la mampostería lentamente forzaba el cajón hasta el fondo, hacia un
hoyo excavado en el lecho del río. Cuando el pilar se terminaba, los
lados del cajón de madera eran retirados. Sólo el fondo se quedaba
enterrado bajo el pilar.
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| Equipo de excavación del fondo del río (Labelye) |
Hubo problemas con la ingeniosa nueva técnica de Labelye.
A un lado del río el estrato es de grava, y allí los pilares quedaron
firmes. En el otro lado el estrato es de arena movediza. Incluso
mientras que el puente estaba siendo construido, surgieron problemas
cuando un pilar comenzó a inclinarse hacia un lado. El pilar ha sid
reconstruido, pero la debilidad en el diseño es fundamental. En la época
victoriana el puente Labelye sería sustituido por el actual puente de
Westminster.
En 1750, Perronet fue nombrado inspector general y fue nombrado premier ingénieur du roi en 1763, cargo que desempeño por más de treinta años, y se convirtió en un miembro de la asociación de la Académie des Sciences
en 1765. Además de sus puentes, entre 1747 y 1791, 2500 km de
carreteras fueron construidos o reparados bajo su dirección. También
contribuyó con el artículo Pompe à feu et Épinglier (bomba de incendios) para la Encyclopédie ou Dictionnaire raisonné des sciences, des arts et de métiers, publicada desde 1751 hasta 1772, bajo la dirección de Diderot y D'Alembert.
En 1772, Perronet fue elegido miembro extranjero de la Real Academia Sueca de las Ciencias. Murió en París, a los 85 años. Fue elegido Fellow de la Royal Society en 1788.
La calle al lado de la sede de la Escuela de Puentes y Caminos (delimitación de las calles de París VI y VII) ahora lleva su nombre y una estatua con su efigie se erigió en la esquina noreste de la L'Île de Puteaux, junto al pont de Neuilly (cuya primera versión en piedra, construido en 1772 y que sobrevivió hasta 1942, fue su obra).
Durante la construcción de un puente en Mantes en 1763, Perronet
descubrió que el empuje horizontal de una serie de arcos elípticos,
pasa a lo largo de los pilares en los extremos del puente. Armado con
este conocimiento, llevó el puente de piedra de arco a su forma de
diseño final con arcos extremadamente planos, que recibieron apoyo
durante la construcción con encofrado de madera (cimbra) y fueron
montados sobre pilares muy esbeltos, que se ampliaron la vía fluvial
para la navegación y redujeron la socavación de la corriente. El
resultado fue también estéticamente agradable, el Pont de Neuilly de Perronet, ha sido llamado el puente de piedra más elegante jamás construido.
 |
| Pont de Neuilly después de retirar los soportes centrales (J.R. Perronet) |
Tenía 80 años cuando comenzó el Pont de la Concorde, originalmente llamado el Pont Louis XV, en 1787. A pesar del estallido de la Revolución Francesa, continuó la obra que, fue finalizada en 1791. Sus memorias, publicadas en 1782, dan una visión completa de su carrera hasta esa fecha. Sus principales obras fueron:
- 1750-1760 : Puente en Orléans.
- 1757-1765 : Puente en Mantes.
- 1758-1764 : Puente en Trilport.
- 1765-1786 : Puente en Château-Thierry.
- 1766-1769 : Pont Saint-Edne en Nogent.
- 1768-1774 : Puente en Neuilly-sur-Seine.
- 1770-1771 : Pont Les Fontaines.
- 1774-1785 : Puente en Sainte-Maxence sur l’Oise.
- 1775 : Puente en Biais-Bicheret.
- 1776-1791 : Puente en Nemours.
- 1784-1787 : Puente en Brunoy.
- 1786-1787 : Puente en Rosoy.
- 1786-1791 : Pont Louis XVI, posteriormente renombrado como Pont de la Concorde, Paris.
 |
| Pont de la Concorde (París, Francia) |
En su memoria de 12 páginas, Mémoire sur l'éboulement qui arrive
quelquefois a des portions de montagnes et autres terreins eleves; et
sur les moyens de prévenir ces éboulements et de s'en garantir dans
plusieurs circonstances (Paris (no imprint). Reprinted in Oeuvres de
M. Perronet, 2nd edn. Paris: Didot, 1788,pp. 631-643.); Perronet inicia
el estudio de ingeniería de la estabilidad de taludes. Los taludes
puede existir en suelos naturales, intactos (terre vierge) o en
rellenos. Los taludes naturales que han permanecido estables durante
mucho tiempo seguirán en esa condición, a menos que se introduzcan
cambios. Tales cambios pueden ser originados por:
- Sobrecargando la parte superior de un talud, con tierra o una estructura pesada
- Por excavación en la pata del talud
- Por la infiltración de agua que reduce la resistencia
Los cortes pueden hacerse en suelos fuertes intactas, con lados
verticales (Perronet debe estar hablando aquí de excavaciones
temporales), pero en tierras blandas y arenas secas, los taludes,
incluso en masas intactas, adoptarán una inclinación de aproximadamente
30° con respecto al horizonte.
Rellenos de tierra que ha sido excavados hace algún tiempo y han perdido
gran parte de su cohesión, o la tierra recién removida, que tiene menos
cohesión, reposará en ángulos que van desde aproximadamente 35° para
los suelos más fuertes (no de 45 ° como se suele afirmar) a alrededor de
30° para arenas y tierra blanda, exactamente como en los taludes
naturales, y en ángulos tan bajos como 18° o incluso menos para las
arcillas húmedas, aunque la grava gruesa y roca fracturada puede formar
taludes de 40-45°.
Estos ángulos se aplican a bancos de moderada altura, donde los taludes
de borde están aproximadamente alineados. En bancos de gran altura, los
taludes tienden a ser cóncavos y reposan a menores inclinaciones que las
recientemente mencionadas. Un ejemplo es el terraplén de roca de
relleno en el valle del Bois de la Haie, en la ruta París-Nancy, con 142
ft (43.28 m) de altura y con pendientes promedio de 1½: 1 de la cresta
al pie, pero con un perfil cóncavo, con un seno inverso de 6' 8" (2.032
m).
Antes de hacer un corte en terreno montañoso, es deseable para
investigar la naturaleza del terreno mediante perforaciones (sondeos) y
agujeros de barreno (trous de tariere) o por apiques (o zanjas);
si las capas de arcilla se encuentran inclinadas hacia el corte
propuesto, el ingeniero no debe dudar en buscar una ruta más segura. En
tales condiciones, los deslizamientos pueden tener lugar, bajo
inclinaciones bastante pequeñas. Además, la inestabilidad podría ocurrir
aún sin hacer un corte, si el agua penetra en el talud y reduce la
fricción. Un buen drenaje es importante, y Perronet describe brevemente
dos casos registrados, en Marly en 1758 y cerca de Croix-Fontaine en
1756, donde las medidas de drenaje demostraron su eficacia en la
estabilización de deslizamientos en capas de arcilla inclinadas.
Cuatro notas deben ser agregadas:
- La primera edición de las 'Oeuvres de M. Perronet' se publicó en folio: dos volúmenes en 1782-83 y un volumen suplementario en 1789. La segunda edición de 1788 tiene el texto completo en cuarto con un folio de atlas de placas.
- La impresión original de mémoir on éboulements (en la Bibliotheque Nationale) es de 5 julio de 1769. Fue reimpresa en 1788, y también en el suplemento de 1789, pero sin fecha. Skempton en 'Landmarks on soil mechanics' de 1994, indica: "Estoy en deuda con el profesor Kerisel por mandarme fotocopias del libro de memorias de 1769 y una versión manuscrita (también fechado) de la biblioteca de la Ecole des Ponts et Chausees. El manuscrito tiene ocho dibujos explicativos adjuntos.".
- Se ha dicho en más de una ocasión que Perronet, en este libro de memorias, es el primero en describir las superficies de deslizamiento curvas. En realidad se está refiriendo solamente a la curva (cóncava) de la superficie del talud mismo. Esto está claro en el texto y demostrado por uno de los dibujos ya mencionados.
- Por lo que podemos aprender de la memoir de Perronet sobre fundaciones en pilas (impresa en los volúmenes de 1782 y 1788) se hicieron sondeos con tubería de varilla de hierro de 2 pulgadas de diámetro, hincada en el suelo. A intervalos de 1 pie a lo largo de longitud de la varilla tenía cavidades o bolsillos, inclinados hacia abajo, con un reborde saliente en su borde inferior; estos rebordes retenían pequeñas muestras de suelo, capturadas al comienzo del retiro del varillaje.
Periodo Clásico de la Mecánica de Suelos - Fase I (1776 - 1856)
Durante este período, la mayoría de los desarrollos
en el área de la Ingeniería Geotécnica vinieron de ingenieros y
científicos en Francia. En el período preclásico, prácticamente todas
las consideraciones teóricas utilizadas en el cálculo de la presión
lateral de tierras sobre muros de contención, se basaron en una
superficie de falla arbitrariamente asumida en el suelo.
Desde finales del siglo XVIII, cuando se inician en Rusia los estudios de Técnica de Suelos, materia precursora de la Mecánica del Suelo, la evolución de esta ciencia ha tenido un progreso ascendente.
Durante la primera mitad del siglo XIX, los ingenieros franceses, con
una superior formación matemática se ocuparon principalmente de
establecer la teoría matemática de la elasticidad y abordaban los
problemas de mecánica del suelo al estilo de la escuela racionalista
francesa, es decir, con un planteamiento riguroso del método matemático.
En el primer cuarto del siglo XIX, parece que muchos de los conceptos
ahora asociados con el principio de esfuerzo efectivo se entendían
intuitivamente. Telford utilizó la pre-carga durante la construcción del
Canal de Caledonia, en el año 1809, 'con el fin de exprimir el agua y consolidar el barro',
y Stephenson utilizó drenes para disminuir la presión de poros durante
la construcción del el terraplén de Chat Moss, para la línea del
Ferrocarril entre Liverpool y Manchester entre los años 1826 y 1829 "a
fin de consolidar el suelo, entre ellas (las ciudades) sobre las que el
camino se iba a conformar "(Smiles 1874).
En su famoso documento presentado en 1776, el científico francés Charles
Augustin de Coulomb (1736-1806) utilizó los principios del cálculo de
máximos y mínimos para determinar la verdadera posición de la superficie
de deslizamiento en el suelo detrás de un muro de contención. En este
análisis, Coulomb utiliza las leyes de la fricción y la cohesión de los
cuerpos sólidos. En 1820, casos especiales de trabajo de Coulomb, fueron
estudiados por el ingeniero francés Jacques Frederic Francais
(1775-1833) y el profesor de mecánica aplicada francés Claude Louis
Marie Henri Navier (1785-1836). Estos casos especiales estaban
relacionados con rellenos inclinados y rellenos que soportan
sobrecarga.
En 1840, Jean Victor Poncelet (1788-1867), un ingeniero militar y
profesor de mecánica, extendió la teoría de Coulomb, proporcionando
un método gráfico para determinar la magnitud del empuje lateral de
tierras sobre muros de contención verticales e inclinados con
superficies de rotura del terreno arbitrariamente poligonales. Poncelet
fue el primero en utilizar el símbolo Ø para el ángulo de fricción del
suelo. También proporcionó la primera teoría de capacidad portante
última para cimentaciones superficiales.
En 1846, el ingeniero Alexandre Collin (1808-1890), proporcionó los
detalles para deslizamientos profundos en taludes de arcilla, cortes y
terraplenes. Collin afirmó que en todos los casos la falla se produce
cuando la cohesión movilizada es superior a la cohesión existente en el
suelo. También observó que las superficies reales de falla pueden
aproximarse a arcos de cicloides.
El final de la Fase I del período de la mecánica clásica del suelo está
generalmente marcado por el año de la primera publicación de William
John Macquorn Rankine (1820-1872), profesor de ingeniería civil en la
Universidad de Glasgow. Este estudio presentado en 1857, proporcionó una
notable teoría sobre la presión de tierras y el equilibrio de las masas
de tierra. La teoría de Rankine es una simplificación de la teoría de
Coulomb.
En resumen, el primer enfoque racional para el cálculo de empujes sobre
muros de contención fue formulado por Coulomb (1776), un famoso
científico francés. Propuso una teoría en 1776 llamada "La Teoría Clásica de presión de Tierras".
Poncelet (1840) extendió la teoría de Coulomb, presentando un elegante
método gráfico para encontrar la magnitud de la presión de tierras sobre
muros de contención. Más tarde, Culmann (1875) dio a la teoría de
Coulomb-Poncelet una formulación geométrica, proporcionando así el
método con una base científica amplia. Rankine (1857) un profesor de
Ingeniería Civil en la Universidad de Glasgow propuso una nueva teoría
de presión de tierras, también denominada Teoría Clásica de Presión de Tierras.
Charles-Augustin de Coulomb
En
1773, Coulomb formuló la "teoría de la cuña" para determinar la presión
de tierras para suelos cohesivos y friccionantes y la presentó a la
Academie Royale des Sciences en un documento titulado "Essai sur una
aplication des regles de Maximis et Minimis a quelques problemes de
statique, relatifs a l'Arquitecture". En un capítulo de este
ensayo, Coulomb trata acerca de la determinación del empuje lateral
aplicado por el terreno sobre una estructura de contención. Esta
determinación es el paso más importante en su dimensionamiento. El
trabajo de Coulomb es aún hoy, en una de las bases principales de los
métodos corrientes de dimensionamiento de muros de contención y a la luz
del reciente desarrollo de la Mecánica de Suelos, el modelo idealizado
por Coulomb continua siendo ampliamente utilizado.
Nació en Angouleme el 14 de de junio de 1736 en Francia y murió
en París el 23 de agosto de 1806. Se recuerda por haber descrito de
manera matemática la ley de atracción entre cargas eléctricas. En su
honor la unidad de carga eléctrica lleva el nombre de culombio (C).
Entre otras teorías y estudios se le debe la teoría de la torsión recta y un análisis del falla del terreno dentro de la Mecánica de suelos.
Después de recibir su primera educación,
su familia se trasladó a París y entró a estudiar en el Collège
Mazarin, donde recibió conocimientos humanísticos y una muy buena
formación en matemáticas, astronomía, química y botánica.
En esta etapa de su educación, la familia de Coulomb pasó por
una crisis. A pesar de que su padre gozaba de una buena
situación económica, hizo algunas especulaciones financieras, no muy
afortunadas, que le hicieron perder todo su dinero, trasladándose a
Montpellier. Aunque su madre permaneció en París, Coulomb debido a sus
desavenencias con ella, relacionadas con la elección de la carrera
que debería seguir, dejó París y se marchó a Montpellier a vivir con su
padre. Por esa época el interés de Coulomb se centró principalmente en
las matemáticas y la astronomía.
Eligió ser ingeniero militar, y en 1760, a la edad de 24 años fue
aceptado en la École du Génie en Mézières, una escuela militar de
Francia. Salió de allí con el grado de teniente, y durante
los siguientes veinte años después de su graduación, fue destinado a muy
diversos lugares, estando siempre involucrado en proyectos de
ingeniería, diseño de estructuras, fortificaciones, puentes mecánicos y
en muchas otras áreas. Su primer destino fue Brest, pero en Febrero
de 1764 fue destinado a La Martinica, en las Indias Occidentales, donde
permanecería hasta 1772.
Pero La Martinica por entonces, era víctima de constantes ataques de
barcos extranjeros hasta que finalmente, en 1762, la isla fue capturada
por los ingleses. Sin embargo, después del tratado de Paris la isla
volvió a soberanía francesa. Los franceses trataron entonces de hacer de
la isla un lugar mas seguro, para lo cual encargaron a Coulomb la
construcción de un nuevo fuerte: Fort Bourbon. Este trabajo le
llevó hasta 1772. En ese periodo mostró el lado práctico de sus
aptitudes como ingeniero, pero sus experiencias jugarían un papel
más relevante posteriormente en los trabajos teóricos que escribió sobre
mecánica.
Cuando volvió a Francia comenzó a escribir importantes trabajos sobre
mecánica aplicada, y presentó su primera memoria a la Academia de
Ciencias de Paris en 1773: Sur une application des règles, de maximis et minimis à quelque problèmes de statique, relatifs à l'architecture.
Quizá el trabajo más significativo desde el punto de vista matemático
que hizo Coulomb, fue utilizar el cálculo de variaciones para resolver
problemas de ingeniería. Esta memoria fue altamente valorada por la
Academia de las Ciencias y como consecuencia de ello, fue nombrado
corresponsal de Boussot en 1774.
Desde Bouchain, donde estaba destinado, fue enviado a Cherburgo, y
mientras permaneció allí escribió una famosa memoria que presentó para
el premio de la Academia de las Ciencias en 1777. En este trabajo
inventó la balanza de torsión para medir la fuerza de la
atracción eléctrica y magnética. Gracias a este invento, Coulomb pudo
formular mas tarde la conocida ley de Coulomb.
En 1779 Coulomb fue destinado a Rochefort para colaborar en la
construcción de otro fuerte. Durante ese tiempo, Coulomb llevó a cabo
sus investigaciones de mecánica, utilizando los astilleros de Rochefort
como laboratorio para sus experimentos. Sus estudios le llevaron
a escribir su mejor trabajo sobre el rozamiento: Théorie des machines simples, con el cual ganó el gran premio de la Academia de las Ciencias en 1781.
De hecho, esta memoria cambió la vida de Coulomb. Fue elegido para la
sección de mecánica de la Academia, y se trasladó a Paris donde ocupó un
puesto permanente. Desde entonces, Coulomb no aceptó nunca más ningún
proyecto de ingeniería, aunque continuó como asesor en estas materias.
Desde entonces, dedicó su vida más a la física que a la ingeniería.
Compartió el primer premio de la Academia por su artículo sobre las brújulas magnéticas y recibió también el primer premio por su trabajo clásico acerca de la fricción, un estudio que no fue superado durante 150 años. Coulomb es acreditado como la primera persona en usar la mecánica para resolver los problemas del suelo. Como miembro de la French Royal Engineers, estaba interesado en la protección de las antiguas fortalezas, cuyas murallas colapsaban fácilmente ante el fuego de cañón.
Escribió siete tratados importantes sobre electricidad y magnetismo, que
presentó a la Academia de las Ciencias entre 1785 y 1791. En estos
trabajos desarrolló una teoría de la atracción y de la repulsión entre
cuerpos de la misma y distinta carga eléctrica respectivamente. Demostró
la ley del inverso de los cuadrados para tales fuerzas y examinó los
conductores perfectos y los dieléctricos. Sugirió que no había un
dieléctrico perfecto, proponiendo que cada sustancia tiene un umbral
sobre el cual se podría conducir electricidad.
Estos trabajos establecen que la acción a distancia entre cargas
eléctricas es similar a la teoría de la gravitación de Newton basada en
la acción a distancia entre masas. En 1785 estableció la ley que ha
quedado unida a su nombre, la llamada ley de Coulomb, que establece que
la fuerza de repulsión o atracción entre dos cargas eléctricas es
directamente proporcional al producto de las cargas e inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia entre ellas.
Aunque sus trabajos sobre electricidad y magnetismo fueron los más
importantes de Coulomb, constituyen solo una pequeña parte del trabajo
que desarrolló durante este periodo.
Entre 1781 y 1806 presentó a la Academia veinticinco memorias. Durante
este tiempo Coulomb trabajó estrechamente con Charles Bossut, Jean
Charles de Borda, Gaspard de Prony y Pierre-Simon Laplace.
Coulomb murió el 23 de agosto de 1806 en París. La unidad de carga
eléctrica, el culombio, lleva este nombre en su honor. El nombre Charles
Augustin de Coulomb está grabado en una de las 72 placas que
Gustave Eiffel colocó alrededor del primer piso de la famosa torre de
Paris, como homenaje a los científicos más importantes de Francia.
Una vez empezado el movimiento, la fuerza de rozamiento es independiente de la velocidad.
Para proteger las fortalezas de los ataques de artillería, se colocaban
terraplenes inclinados de tierra, delante de las murallas. El enemigo
tenía entonces que cavar un túnel por debajo del macizo de suelo para
atacar la fortaleza y así, se convertía en un blanco fácil.
Coulomb
intentó determinar el esfuerzo lateral actuante, para poder evaluar la
estabilidad de la muralla. Entonces postuló que una cuña de suelo ABC
fallaría lo largo de un plano de deslizamiento AC, y que la cuña
generada empujaría la muralla alejándola, o la volcaría a medida que se
desplaza sobre un plano de deslizamiento.
El movimiento de la cuña a lo largo del plano de deslizamiento, sólo se
produciría si se supera la resistencia del suelo, a lo largo de dicha
cuña. Coulomb asumió que la resistencia del suelo es proporcionada por
la fricción entre las partículas y el problema se convirtió en el de
una cuña deslizándose sobre un plano rugoso (friccionante).
 |
| Modelo de Análisis utilizado por Coulomb (Muni Budhu. 1999) |
Coulomb observó que, en la falla, se forma un plano de deslizamiento
distinto detrás de un muro de contención que se desliza y sugirió que el
esfuerzo cortante máximo sobre el plano de deslizamiento, para fines de
diseño, era la suma de la cohesión del suelo c, y la fricción σ Tan Ø, dónde σ es el esfuerzo normal sobre el plano de deslizamiento y Ø es el ángulo de fricción del suelo.
Coulomb
definió tácitamente un criterio para la falla de los suelos. Hoy en
día, este criterio de falla de Coulomb y su método de análisis
siguen prevaleciendo.
En 25 años, presentó 25 artículos a la Academia sobre electricidad, magnetismo, torsión y aplicaciones de la balanza de torsión, así como varios cientos de informes sobre ingeniería y proyectos civiles.
 |
| Teoría de Coulomb |
Aprovechó plenamente los diferentes cargos que desempeñó durante su vida. Por ejemplo, su experiencia como ingeniero lo llevó a investigar la resistencia de materiales y a determinar las fuerzas que afectan a objetos sobre vigas, contribuyendo de esa manera al campo de la mecánica estructural. Otro aporte es la llamada Teoría de Coulomb para presión de tierras, publicada en 1776, la cuál enfoca diferente el problema de empujes sobre muros y lo hace considerando las cuñas de falla, en las que actúa el muro, además toma en cuenta el ángulo de inclinación del muro y del suelo sobre el muro de contención. También hizo aportaciones en el campo de la ergonomía.
 |
| Presión Pasiva de Coulomb |
Coulomb murió en 1806, cinco años después de convertirse en presidente del Instituto de Francia (antiguamente la Academia de Ciencias de París). Su investigación sobre la electricidad y el magnetismo permitió que esta área de la física saliera de la filosofía natural tradicional y se convirtiera en una ciencia exacta. La historia lo reconoce con excelencia por su trabajo matemático sobre la electricidad conocido como "Leyes de Coulomb".
Coulomb fue el primero en introducir el concepto de resistencia al
corte del suelo conformada por dos componentes: cohesión y fricción
interna.
 |
| Polígono de Fuerzas de Coulomb para Suelos Friccionantes y Cohesivos |
Alec W. Skempton, en su artículo 'Landmarks in Soil Mechanics' de 1981, respecto del importante trabajo de C.A. Coulomb, Essai sur une application des régles de maximis et minimis á quelques problémes de statique, relatifs á l'architecture (Mem. Acad. R. Sci., vol. 7,pp. 343-382) efectuó el siguiente análisis.
Coulomb
leyó su documento a la Academia el 10 de marzo y 2 de abril de 1773. Fue
arbitrado, un año más tarde por Bossut y Borda, y publicado en 1776. Una
contribución de importancia fundamental en la ciencia de la ingeniería civil, el
trabajo trata sobre la resistencia al corte de mampostería y de los suelos, la
presión de tierras, la estabilidad de los arcos y la resistencia de las vigas.
Los puntos principales de la mecánica de suelos son los siguientes.
(i) Coulomb presenta la idea de que la resistencia al corte S, que puede
ser desarrollada en un área de una mampostería o en el suelo, en la que
la fuerza normal es N, es la suma de la cohesión y un componente de
fricción
donde c es la cohesión (no direccional) por unidad de área y 1/n, es el coeficiente de fricción interna.
(ii) También introduce el principio de la búsqueda de una superficie de deslizamiento crítica, utilizando la ecuación (1), lo que da (por ejemplo) el empuje máximo en un muro de contención o la resistencia a la compresión mínima de una columna. En general, la superficie de deslizamiento en la que tiene lugar el cizallamiento o cortante, puede ser curva, pero en los problemas analizados en el documento se asume por simplicidad como plana.
(iii) A continuación, muestra que la resistencia a la compresión Q de
una columna corta vertical de área de sección transversal A es
donde la falla ocurre por cizallamiento a lo largo de un plano inclinado un ángulo α respectoa a la horizontal y
(iv) Para un material puramente cohesivo (con 1/n = 0), α = 45 ° y
(v) Utilizando los principios (i) y (ii), Coulomb encuentra que en una
condición de equilibrio límite, el relleno de tierra detrás de un muro
de contención vertical de altura H, falla sobre un plano inclinado
respecto a la horizontal a este mismo ángulo α, y el empuje total Pa sobre el muro es
(vi) Además, la presión unitaria a la profundidad z es
(vii) Integrando el momento de la presión Pa dz alrededor de la base, entre los límites z = 0 y z = H, el momento de volcamiento en el muro, resulta ser
(viii) El ángulo α no es la pendiente natural del relleno en tierra,
como todas las investigaciones anteriores habían asumido, y es
independiente de la cohesión.
(ix) Si Pa = 0 en la ecuación (5), la altura límite de una cara de suelo sin soporte vertical (altura crítica), es inmediatamente obtenida
(x) En el análisis anterior, la superficie superior del suelo
o tierra de relleno, es horizontal. Para ilustrar los resultados numéricamente,
Coulomb toma la pendiente natural de un relleno de tierra recién apuntalado, 45°
(es decir, n = 1 si c = 0) y, al igual que Belidor, aumenta el ancho del muro en
un 25%, como un factor de seguridad. A continuación, llega a la regla práctica
para la estabilidad contra el sobre-giro (o volcamiento), de que para un muro
con una inclinación de la cara frontal de 1/6:1, el ancho superior debería ser
H/7, y por lo tanto, el ancho medio (a media altura), es un poco menos de 0,25
H.
(xi) Comprende, sin proceder al análisis, la existencia de
presión pasiva si el muro es presionado contra la tierra. Debe ser mayor que ½ γH², así como la presión
activa debe ser menor que esta presión de fluido.
(xii) Por último, Coulomb aborda el efecto de la fricción del
muro y deriva expresiones para la presión activa en términos del ángulo del
plano de deslizamiento y para este mismo ángulo (que es bastante menor que α sin fricción del muro). En
su notación ambas expresiones son incómodas, pero si sustituimos tan Ø = 1/n, y
por simplicidad tomamos c = O, se obtiene la ecuación (9) que se indica en la
siguiente Figura.
 |
| Resultados en términos de Ø y ε = 45° - Ø/2. Coulomb (1776) |
En un ejemplo numérico, tomando n = 1 y c = O y la fricción
del muro como igual a la fricción interna, Coulomb encuentra que la componente
horizontal de la presión de tierras (Pa cos δ) es 0.125γ
H²/2. Esto, indica Coulomb, es demasiado bajo para el diseño, ya que la fricción del
suelo sobre la mampostería no es tan grande como la fricción interna. También
el agua puede percolarse en el relleno, reduciendo su fricción interna y, aún
con disposición de drenaje, ejercer cierta presión hidrostática sobre el muro.
Por lo tanto, en la práctica, regresa a la conclusión de que los muros deben
tener un ancho medio de aproximadamente un cuarto de su altura.
Incluso hoy en día, el documento de Coulomb no es fácil de
leer. En el momento de su publicación, la originalidad de su razonamiento, las
dificultades de la notación y la entonces extraordinaria conclusión de que el
plano de deslizamiento era mucho más pronunciado que la pendiente natural, dificultó
el reconocimiento de su importancia fundamental.
La sustitución de tan βn = 1/n, fue hecha por Reinhard Woltman (1753-1837), en su 'Beyträgezur
hydraulischen Architectur', vol. 3 (Göttingen, 1794) y es él quien
primero presenta la siguiente expresión familiar (si c = O)
Un paso más hacia la aceptación de la teoría de Coulomb fue
la publicación de 'Recherches sur la poussée des terres' (París, 1802) por G.
CM. Riche de Prony (1755-1830), director de la Ecole des Ponts et Chaussées
y profesor de mecánica en la Ecole Polytechnique. Él introdujo
el parámetro η η,
donde tan η = n de Coulomb. Así η = 90 - Ø y con un relleno horizontal y sin fricción del muro,
el plano de deslizamiento está inclinado a ε = η/2 respecto
de la cara posterior del muro, es decir, el plano de deslizamiento biseca el
ángulo entre el muro y la pendiente natural si c = 0. En la Figura anterior, las
diversas soluciones obtenidas por Coulomb se dan en términos de Ø y ε.
John Rennie (1761-1821)
Fue un ingeniero civil escocés que diseñó numerosos puentes, canales y
puertos. Trabajó en problemas de drenaje, en la construcción de los
puentes de Waterloo y de Londres, y en obras marítimas, como los muelles
de atraque de Londres o el rompeolas de Plymouth. En estas estructuras
concibió cajones huecos que repartían la carga sobre una gran base para
no sobrecargar los suelos blandos sobre los que se apoyaban.
Nació en Escocia en el condado de East-Lothian, el 7 de junio de 1761 y murió el 4 de octubre de 1821. Entre sus principales obras se encuentran:
- El muelle o espolón de Plymouth.
- El puente de hierro de Southwark.
- El puente de Waterloo.
- Los diques de Londres.
- El canal de Lancaster.
- Los Arsenales reales de Portsmouth, Chatam y Sheernes.
También dejó escritas algunas obras como las siguientes:
- Report by Jhon Rennie, Engineer, respecting the proposed railway, Edimburgo, M. Anderson, 1824.
- Interesting particular relative to that great national, Devon, 1821.
- Reports as to the Wisbech Outfall, Londres, 1814.
Es importante considerar que la contribución de los ingenieros ingleses, resolviendo los problemas por el método experimental, fue muy importante también. Inglaterra era el país que estaba a la cabeza del desarrollo debido al adelanto cronológico de su Revolución Industrial. Una de las manifestaciones más importantes de la misma fue la construcción del ferrocarril.
Esta nueva forma de transporte, a diferencia de los carruajes tirados
por caballos, implicaba soportar cargas muy grandes y resolver los
problemas de movimientos de tierras inherentes a la ejecución de los
trazados ferroviarios que, al imponer pendientes muy pequeñas, obligan a
cortes (desmontes) y terraplenes muy importantes.
Los ingenieros ingleses no tenían una gran formación científica, a
diferencia de sus colegas franceses, y para abordar los problemas
preferían el método experimental. Los resultados de sus ensayos no
contribuyeron mucho al desarrollo de la teoría general de la Mecánica
del Suelo, pero fueron muy útiles para los ingenieros "al pie de obra" (o residentes de obra), dando respuestas inmediatas a sus problemas.
Jean-Henri Mayniel (1760-1809)
Comenzó su carrera en la École des Ponts et Chaussées, pero fue transferido a los ingenieros del ejército en 1792,
ascendió al rango de Chef de Bataillon, y murió en
España durante la Guerra Peninsular (información a través de Armand M. Mayer Archives
du Genie).
Algunas pruebas de empuje de tierras se llevaron a cabo en
el siglo XVIII, y fueron descritas por Mayniel quien en su 'Traité expérimentale, analytique et practique de la poussée de terres et des murs de revêtement', publicado en 1808, no escatimó esfuerzos en el
descubrimiento de trabajos impresos y recuentos manuscritos de tipo teórico y
experimental en este tema. Pero las primeras pruebas realmente significativas
fueron hechas por él en 1806 y 1807, usando el aparato mostrado en la siguiente
Figura. La caja de madera, de 3 m de largo, 1,5 m de ancho y 1,5 m de alto,
tiene una puerta con bisagras abajo en un extremo.
Antes de hacer una prueba el recipiente de madera M, se
llena con agua y se coloca suficiente peso en este, para resistir la presión
lateral sobre la puerta, producida por la arena o la tierra de relleno en la
caja. Entonces se deja correr el agua del recipiente M hasta que la puerta cede
y se desarrolla una superficie de deslizamiento en el relleno. Habiendo
observado el movimiento de la puerta y el afloramiento del deslizamiento, la
puerta se fija y se retira el puntal K. Por medio de una cuerda, una polea y un
dispositivo de escala, se mide la fuerza requerida para deslizar M y esta es,
por supuesto, igual a la componente horizontal de la presión de tierras en la
puerta cuando se produce la cedencia (yielding).
Las pruebas se realizaron en la tierra suelta y compactada ligeramente
inclinada, en tierra mezclada con grava, y en arena suelta, a nivel con la
parte superior de la caja o con una sobrecarga de talud, y el puntal se colocó
a diferentes alturas por encima de la bisagra. A partir de estas últimas
pruebas, Mayniel constató que el centro de presión estaba localizado en el
punto tercio inferior, al menos para los materiales sueltos. En las pruebas en relleno
de tierra ligeramente inclinado, el plano de deslizamiento estaba inclinado a
aproximadamente 62° respecto a la horizontal y la presión activa desarrollada bajo
la parte superior de la puerta, se había movido aproximadamente 10 cm.
Skempton analiza en su trabajo, sólo las pruebas en tierra
suelta y arena, sin sobrecarga. Para aquellos materiales, la pendiente natural
y el peso unitario, y la presión de horizontal de tierras (P cos δ) por metro de ancho, se dan en la Tabla a continuación, junto
con los valores ½ γH² y
P cos δ / ½ γH² = K cos δ.
.jpg) |
| Resultados de las pruebas de presión de tierras de Mayniel (1808) |
Los valores de K cos δ concuerdan
casi exactamente con la teoría de Coulomb, dada por la ecuación (9) en la Figura
de sus experimentos, presentada a continuación, si βn = δ = Ø. Sin embargo,
en el admirable aparato de prueba de Mayniel, el ancho de la caja es demasiado
pequeño (en comparación con su altura) para evitar apreciable fricción lateral.
Si, por ejemplo, el empuje horizontal medido es tan bajo como en un 10%, debido
a este efecto, los valores resultantes corregidos de K cos δ concuerdan estrechamente
con la teoría de Coulomb con δ
= (2/3) Ø.
Sin embargo, debe hacerse hincapié en que Mayniel sólo indica
cómo se puede obtener la ecuación (9), sin derivar una solución. Por otra
parte, mediante un procedimiento que Skempton no pudo entender, deduce
coeficientes de fricción interna considerablemente menores que tan βn. Este error
lamentablemente reduce la importancia de su contribución, pero las propias
pruebas siguen siendo un valioso registro.
 |
| Empuje de Coulomb |
Thomas Telford (1757-1834)
En 1810, junto al también ingeniero civil William Jessop, Thomas Telford ha contribuido de manera significativa a los aspectos prácticos de Mecánica de Suelos e ingeniería geotécnica a través de sus trabajos de campo como el Canal Caledonian.
Nació el 9 de agosto de 1757 en Lengón, Escocia y falleció el 2 de septiembre de 1834. Fue un ingeniero inglés, constructor de puentes, puertos y canales; primer presidente de la Asociación Británica de Ingenieros Civiles, en 1820.
Sus investigaciones le llevaron a desarrollar una modalidad de pavimentos, lo que hoy en día en la evolución de esos pavimentos permite crear carreteras que perduren por temporadas largas.
En
1840 Poncelet presentó su desarrollo de una solución gráfica para la
teoría de la cuña de Coulomb para la determinación directa de la
superficie de falla y las presiones de tierra activa y pasiva.
Jean-Victor Poncelet
(1 de julio de 1788, Metz – 22 de diciembre de 1867, París) fue un
matemático e ingeniero francés que hizo mucho por recuperar la geometría
proyectiva (o descriptiva).
Estudió en la Escuela Politécnica y en la Academia Militar de su ciudad
natal. Fue oficial del ejército de Napoleón y participó en la campaña
contra Rusia, y entre 1813 y 1814 estuvo preso en la prisión de
Saratoff, después de haber sido dado por muerto durante la retirada de
Moscú.
Sus descubrimientos matemáticos más importantes, que habrían de renovar
la geometría proyectiva, fueron gestados precisamente durante los dos
años de cautiverio. En ambientes matemáticos se oye decir con frecuencia
que la geometría proyectiva moderna nació en la prisión de Saratoff. Se
le considera fundador de la geometría proyectiva, junto con M. Chasles y
C. von Staudt.
Al volver a Francia, aprovechando los pocos ratos libres que le dejaban
sus funciones como ingeniero militar, se dedicó a poner por escrito y
dar a conocer sus descubrimientos, pues en esos días, los matemáticos
franceses se ocupaban principalmente de resolver problemas fisicos por
aplicación de las matemáticas.
Sus aportaciones son muy diversas en los campos de la Mecánica, la Dinámica, etc. En el campo de la Mecánica del Suelo, estudiando la estabilidad de muros, estableció un método gráfico para encontrar la tensión máxima sobre el muro.
En 1831 fue elegido miembro de la Academia de Ciencias, para ocupar el sillón que el fallecimiento de Laplace había dejado vacante, aunque por razones políticas tardó en aceptar el ofrecimiento. Murió en 1867.
Sus aportaciones son muy diversas en los campos de la Mecánica, la Dinámica, etc. En el campo de la Mecánica del Suelo, estudiando la estabilidad de muros, estableció un método gráfico para encontrar la tensión máxima sobre el muro.
En 1831 fue elegido miembro de la Academia de Ciencias, para ocupar el sillón que el fallecimiento de Laplace había dejado vacante, aunque por razones políticas tardó en aceptar el ofrecimiento. Murió en 1867.
Reviste especial importancia su obra Tratado de las propiedades proyectivas de las figuras (1822). También fue autor de un interesante tratado de mecánica física.
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| Construcción de Rebhann-Poncelet |
El método propuesto por Poncelet es una fácil forma de obtener el empuje sobre un muro, que consiste en determinar, una vez conocidos (como en todos los demás métodos) los valores de φ y δ, obtener el plazo de deslizamiento; una vez hallado este plano se obtiene rápidamente el empuje activo.
Robert Stephenson
Nació en 1803 y murió en 1859. Único hijo de George Stephenson
(1781-1848), ingeniero civil y mecánico autodidacta, y beneficiario de
un punto de partida cultural muy superior al de su padre, fue su más
directo colaborador.
Al regreso de un viaje a Colombia hizo notables mejoras en las
locomotoras que la empresa familiar fabricaba y fue nombrado ingeniero
jefe de la London and Birmingham Railway. En este puesto dirigió
importantes trabajos como la excavación enBlisworth y el túnel de
Kilsby. También la línea férrea de Newcastle a Berwick, y cruzó el río
Tyne con un puente de seis arcos utilizando el recién inventado martillo
de vapor de JamesNasmyth para los cimientos. Construyó el diseño
tubular creado por su padre en Menai Strait, llamado Britannia Bridge,
con gran éxito.
Su padre, trazó y construyó la línea de Liverpool a Manchester en 1830,
sobre zonas pantanosas que requirieron levantar numerosos puentes.
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| Puente Britannia sobre el Menai Strait en 1852 |
El precursor de la mecánica de suelos,
realizó en 1846, las primeras medidas de la resistencia al esfuerzo
cortante de suelos saturados sin drenaje, y los primeros estudios sobre
deslizamientos de taludes, durante la construcción del canal de Borgoña.
Presentó una memoria sobre el tema a la Academia Francesa de Ciencias
que fue rechazada debido a la oposición de Poncelet, que no se dio
cuenta de la profundidad de su planteamiento, sólo alcanzada 60 años más
tarde por los trabajos de la Comisión Geotécnica de los Ferrocarriles
Sueca.
Alexandre Collin nació en 1808, en Francia, cerca del nacimiento del
Sena, en la provincia de Aube, hijo de un empresario de la construcción.
Al salir de la École Polytechnique, entró en el Corps Royal des Ponts
et Chaussées (Real Cuerpo de Puentes y Caminos).
En 1833, a la edad de 25 años, fue adscrito a la labor que se lleva a
cabo en el punto de separación del Canal de Borgoña (Côte-d'Or), cerca
de la región donde nació. Él se benefició de la experiencia de reunir
los datos disponibles para una veintena de rupturas, tanto en los
terraplenes como en estructuras de relleno, secciones del canal y bancos
inclinados.
Su obra forma parte de una línea de ingenieros como Vauban, Perronnet y
Girard, quien le proporcionó con opiniones y experiencias. Mostró tanto
un alto grado de practicidad en observaciones y experimentos, y una
notable capacidad de síntesis. Esto lo convirtió en uno de los
principales precursores de lo que se convertiría, en el siglo XX, en la
mecánica del suelo.
Pero su experiencia, presentada en 1846 en Experimental Research in Spontaneous Slippage of Clay Soils ("Investigación
experimental en el deslizamiento espontáneo de los suelos arcillosos"),
no encontró la recepción esperada. El libro fue redescubierto en 1946
por unos investigadores ingleses eminentes y traducida inmediatamente.
En cuanto a Collin, prosiguió una exitosa carrera que lo vio avanzar en
el tiempo hasta la categoría de Inspector General de Puentes y Caminos.
Murió en 1890.
George Gabriel Stokes
En 1851 presentó la Ley de Stokes, que se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds (flujo laminar). Esta ley es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.
Sir George Gabriel Stokes,
primer Baronet (13 de agosto de 1819-1 de febrero de 1903) fue un
matemático y físico irlandés que realizó contribuciones importantes a
la dinámica de fluidos (incluyendo las ecuaciones de Navier-Stokes),
la óptica y la física matemática (incluyendo el teorema de Stokes). Fue
secretario y luego presidente de la Royal Society de Inglaterra.
En la mecánica de suelos se interpreta la Ley de Stokes como la velocidad de caída de partículas sólidas en fluidos.
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| Ley de Stokes |
La Ley de Stokes es todavía válida, y desempeña un rol fundamental en la mecánica de suelos.
En 1856, Rankine desarrolló su teoría sobre el comportamiento de las
arenas. Rankine fue pionero de los estudios de plasticidad. En 1857
define un estado tensional, (conocido como el estado de Rankine),
correspondiente a una zona plastificada, en la cual las dos familias de
líneas características son rectas. Supone todo el semiespacio en
plasticidad, en equilibrio límite.
Nació
en Edimburgo el 5 de julio de 1820 y murió el 24 de diciembre de 1872
en Escocia. Ingeniero y fisico escocés. Tras cursar dos años Ingeniería Civil
en la Universidad de Glasgow retornó a Edimburgo y comenzó a trabajar
de asistente de su padre, también ingeniero y retirado del ejército, en
la Edinburgh & Dalkeith Railway, hasta ser nombrado catedrático de
ingeniería civil y mecánica de la Universidad de Glasgow el año 1855,
cargo en el que permanecería hasta su muerte.
Rankine propuso en 1843 una teoría para explicar las roturas por fatiga que se producían en los ejes de los ferrocarriles, que posteriormente serviría a Wöhler
para sistematizar métodos de cálculo válidos que aún hoy día se siguen
empleando para el diseño mecánico. Igualmente propuso una teoría de
fallo bajo carga estática (curva de Rankine), que actualmente no se
emplea, pero que sigue siendo válida para materiales frágiles.
En 1857, publica su investigación On the Stability in Loose Earth,
su contribución más importante a la mecánica del suelo y al estudio del
comportamiento del suelo, en la que propone un método de cálculo para
dimensionar muros de contención mediante el la determinación de los
empujes del terreno.
En su teoría, Rankine no consideró la cohesión aunque sabía de su existencia. Por lo anterior, se considera que la teoría de empuje presentada por Rankine es elegante, pero en la práctica aplica simplificaciones muy generales.
Rankine supone un suelo granular, homogéneo e incompresible en el desarrollo de su teoría, despreciando la fricción entre el muro de contención y el suelo.
En su teoría, Rankine no consideró la cohesión aunque sabía de su existencia. Por lo anterior, se considera que la teoría de empuje presentada por Rankine es elegante, pero en la práctica aplica simplificaciones muy generales.
Rankine supone un suelo granular, homogéneo e incompresible en el desarrollo de su teoría, despreciando la fricción entre el muro de contención y el suelo.
En 1859 publica el Manual of Steam Engine, en el que realiza importantes contribuciones a la termodinámica estableciendo el ciclo que lleva su nombre para el funcionamiento de las máquinas de vapor, e ideando la escala de temperaturas Rankine. Su publicación "Un Manual De Ingeniería Civil" fue el texto estándar de estudio durante por lo menos medio siglo.
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| Aplicación de la Teoria de Rankine |
Periodo Clásico de la Mecánica de Suelos - Fase II (1856 - 1910)
Durante el período industrial precedente al siglo XX, muchos de los
procesos geotécnicos actualmente en uso, para el mejoramiento de suelos
tales como pilotaje, pre-carga, compactación y desecación, parecen haber
sido utilizados (Feld 1948; Skempton 1960b; Jensen 1969). Estas
técnicas fueron aplicadas de una manera puramente empírica.
Varios resultados experimentales de pruebas de laboratorio sobre la arena aparecieron en la literatura técnica, en esta fase. Una de las publicaciones más antiguas e importantes es del ingeniero francés Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-1858). En 1856, publicó un estudio sobre la permeabilidad de los filtros de arena. Con base en estas pruebas, Darcy definió el término coeficiente de permeabilidad (o conductividad hidráulica) del suelo, parámetro muy útil en la ingeniería geotécnica de hoy.
Varios resultados experimentales de pruebas de laboratorio sobre la arena aparecieron en la literatura técnica, en esta fase. Una de las publicaciones más antiguas e importantes es del ingeniero francés Henri Philibert Gaspard Darcy (1803-1858). En 1856, publicó un estudio sobre la permeabilidad de los filtros de arena. Con base en estas pruebas, Darcy definió el término coeficiente de permeabilidad (o conductividad hidráulica) del suelo, parámetro muy útil en la ingeniería geotécnica de hoy.
Sir George Howard Darwin (1845-1912), profesor de astronomía, llevó a
cabo pruebas de laboratorio para determinar el momento de volcamiento de
un muro con bisagras que retenía arena en estados suelto y denso de
compactación. Otra notable contribución, publicada en 1885 por Joseph
Valentin Boussinesq (1842-1929), fue el desarrollo de la teoría de la
distribución de esfuerzos bajo áreas que soportan carga en un medio
homogéneo, semi infinito, elástico, e isotrópico. En 1887, Osborne
Reynolds (1842-1912) demostró el fenómeno de la dilatancia en la arena.
En resumen, Darcy (1856), sobre la base de sus experimentos en filtros de arena, propuso una ley para el flujo de agua en los materiales permeables y en el mismo año Stokes (1856) dio una ecuación para la determinación de la velocidad final de caída de partículas sólidas en líquidos. La teoría de ruptura de Mohr (1900) representada por los Círculos de Esfuerzos, es ampliamente utilizada en el estudio de la resistencia al corte de los suelos. Una de las más importantes contribuciones a la ciencia de la ingeniería fue realizada por Boussinesq (1885) quien propuso una teoría para determinar la distribución de esfuerzos en las zonas cargadas en un medio semiinfinito, elástico, homogéneo e isotrópico.
En resumen, Darcy (1856), sobre la base de sus experimentos en filtros de arena, propuso una ley para el flujo de agua en los materiales permeables y en el mismo año Stokes (1856) dio una ecuación para la determinación de la velocidad final de caída de partículas sólidas en líquidos. La teoría de ruptura de Mohr (1900) representada por los Círculos de Esfuerzos, es ampliamente utilizada en el estudio de la resistencia al corte de los suelos. Una de las más importantes contribuciones a la ciencia de la ingeniería fue realizada por Boussinesq (1885) quien propuso una teoría para determinar la distribución de esfuerzos en las zonas cargadas en un medio semiinfinito, elástico, homogéneo e isotrópico.
En
1856 D'Arcy determinó la fórmula para la permeabilidad de las arenas y
en 1858, estableció la ley fundamental de la hidráulica que rige la
filtración de agua a través de los suelos, base de todas las teorías
actuales en este campo, a partir de los experimentos que montó en el
patio del hospital de Dijon. Como ingeniero se encargó del proyecto del
Canal de Borgoña, proyectando y construyendo el sistema de suministro de
agua potable a Dijon y una parte del ferrocarril París-Lyon.
En su ciudad natal Dijon (Francia), fue encargado del estudio de la red
de abastecimiento para reducir la contaminación provocada por la
industria de la mostaza principalmente. Proyecto filtrar las aguas con
filtros de arena, antes de distribuirlas. Pronto encontró que con los
filtros el caudal se reducía notablemente. Luego de una serie de
experimentos estableció que el flujo del agua a través de un medio
poroso saturado, como en una columna de arena (filtro) es análogo al
flujo en una tubería. Encontró que el flujo unitario a través de la
columna de arena saturada de sección conocida, era directamente
proporcional a la diferencia entre las alturas de los depósitos de
alimentación y recogida del agua, e inversamente proporcional a la
longitud de la columna.
La relación entre las variables observadas se conoce como la Ley de D'Arcy,
y es la ecuación fundamental del flujo en medio saturado. D'Arcy
publicó esta ley como un apéndice de su informe sobre la red de
distribución de Dijon titulado "Les Fontaines Publiques de la Ville de Dijon" en 1856.
Nació Henry Philibert Gaspard D'Arcy, el 10 de Junio de 1803 en Junio en
Dijon Francia y falleció el 3 de Enero de 1858 cuando viajaba a Paris.
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La Ley de D'Arcy es todavía válida y desempeña un rol fundamental en la mecánica de suelos.
George Bidell Airy
En 1857, Airy trabajó en la estabilidad de taludes.
En el año 1897, mediante el uso de la cuña de deslizamiento, Airy deriva
su teoría para obtener las presiones laterales sobre las paredes de un
silo, así como el peso del producto ensilado que es absorbido por las
paredes por rozamiento.
Estas fórmulas han sido usadas extensivamente por ingenieros ingleses, en el cálculo y construcción de silos
de madera, acero y hormigón armado. Para todos estos materiales, Airy
determina los dos coeficientes µ y µ´(por experimentación) que, junto
con la densidad del producto almacenado, son suficiente para la
obtención de las presiones laterales.
George Biddell Airy (Alnwick, 27 de julio de 1801 - Greenwich, 2 de enero de 1892) fue un astrónomo y matemático inglés.
Karl Culmann
En 1866, presentó su versión gráfica de la teoría de empujes de Coulomb.
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| Karl Culmann (1821-1881) |
Nació el 10 de julio de 1821 en Alemania y murió de neumonía el 9 de diciembre de 1881 en Zurich, Suiza. Su padre fue pastor de una iglesia. Fue un ingeniero estructural alemán especializado en la construcción de puentes y considerado el fundador de la grafostática (denominación para el cálculo gráfico). Expuso el resultado de sus trabajos en la obra Estática gráfica (1866). Allí aplicó gráficamente la teoría de Coulomb a muros de contención.
Aunque el círculo de esfuerzos es invariablemente atribuido a Mohr, fue de hecho Culmann el primero en concebir este medio gráfico para representar el esfuerzo (o estrés -stress-). La contribución de Mohr consistió en hacer un estudio extendido de su uso, tanto para tensiones bidimensionales como tridimensionales, y en el desarrollo de un criterio de resistencia basado en el círculo de esfuerzos, en un momento en que la mayoría de los ingenieros aceptaba teoría de la tensión máxima de Saint-Venant como un criterio de falla válido. Para conocer las contribuciones relativas a Culmann y a Mohr, se recomienda leer los excelentes relatos de la Historia de Resistencia de Materiales de Timoshenko (McGraw-Hill, 1953).
Nacido en Bergzabern, Rheinpfalz, en 1821, Karl Culmann se graduó de el Politécnico de Karlsruhe en 1841, y de inmediato comenzó a trabajar en Hof en los ferrocarriles bávaros. En 1849 la Comisión de Ferrocarriles, como becario, lo envió a Inglaterra y los Estados Unidos por un período de dos años, para estudiar la construcción de puentes en esos países, y valorar las locomotoras americanas, que podían hacer frente a las pendientes más pronunciadas y giros más cerrados. Culmann documentó todo el viaje en varios cuadernos de notas que incluían elaborados y detallados dibujos, de donde probablemente obtuvo su 'Teoría de los Entramados (o Cerchas)'.
La excelente educación en ingeniería que había recibido, le permitió ver, desde un punto de vista teórico, el trabajo de sus colegas ingleses y americanos, cuyo experticio se basó en gran medida en la experiencia (método empírico). El resultado fue un informe de Culmann publicado en 1852, que influyó fuertemente en la teoría de las estructuras e ingeniería puentes en Alemania.
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| Análisis de una cercha (Culmann) |
Su nombramiento como profesor de Teoría de Estructuras, en el Polytechnikum de Zurich en 1855 (en donde permaneció hasta 1881)le dio la oportunidad de desarrollar y enseñar sus ideas sobre el uso de los métodos gráficos de análisis de estructuras de ingeniería, que culminaron en su libro Die Graphische Statik, publicado por Verlag von Meyer y Zeller en 1866. Las muchas áreas de la estática gráfica tratadas en el libro incluyen la aplicación del polígono de fuerzas y el polígono funicular, la construcción del diagrama de momentos flectores, la solución gráfica para vigas continuas (más tarde simplificada por Mohr) y el uso del método de secciones para el análisis de cerchas, así como las trayectorias de esfuerzos. Concluyó el libro con secciones sobre el cálculo de las presiones sobre los muros de contención y túneles.
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| Solución gráfica de Cullman para empujes en muros de contención |
En 1864, creó para Suiza, un plan maestro para el control de torrentes. Los trabajos de Culmann,
entre otras cosas, se han tomado para el diseño de los puentes
arqueados centrales de la Torre Eiffel, y fueron también citados por
Pier Luigi Nervi, en su patente para la construcción de losas de piso en
concreto reforzado (hormigón armado).
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| Esquema de los puentes arqueados de la Torre Eiffel (Maurice Koechlin - estudiante de Culmann y diseñador de la estructura) |
Culmann presentó su círculo de esfuerzos considerando los
esfuerzos longitudinales y verticales en vigas horizontales durante la flexión.
Aislando un pequeño elemento de la viga y utilizando coordenadas rectangulares,
dibujó un círculo con su centro sobre el cero del eje del esfuerzo cortante
(eje horizontal), pasando por los dos puntos de tensión, representados por las
tensiones de corte normal y conjugada sobre las caras vertical y horizontal del
elemento. Tomó la tensión normal en las caras horizontales como cero. Al hacer
esta construcción, Culmann estableció un punto en el círculo, ahora conocido
como el polo, y demostró que los esfuerzos sobre un plano a cualquier
inclinación especifica podrían ser encontrado por una línea a través de este
punto, trazada paralela al plano. Dicha línea se unía al círculo de nuevo en el
punto de tensión deseado. Culmann dibujó trayectorias de esfuerzos principales
para una viga, obtenidas directamente del círculo de esfuerzos.
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| Círculo de esfuerzos (Representación de Mohr basada en Culmann) |
William Sooy Smith
En
1867, en pleno desarrollo de la infraestructura ferroviaria de los
Estados Unidos, introduce en el país el uso de cajones neumáticos (pneumatic caissons) durante la construcción del faro Waugoshanee en los Straits de Mackinack.
Otto Mohr
En
1867, en pleno desarrollo de la infraestructura ferroviaria de los
Estados Unidos, introduce en el país el uso de cajones neumáticos (pneumatic caissons) durante la construcción del faro Waugoshanee en los Straits de Mackinack.
Nació el 22 de julio de 1830 y murió el 4 de marzo de 1916. Egresado de
la Academia Militar de West Point y oficial de carrera del ejército de
los Estados Unidos, ascendió hasta el cargo de Brigadier General en el
Ejército de la Unión durante la Guerra Civil Americana.
En la vida civil fue un renombrado ingeniero involucrado en la
construcción de puentes, que incluyó el primer puente más largo eregido
totalmente en acero.
Desarrolla su carrera en la época de expansión hacia el oeste de los
ferrocarriles y del desarrollo de los rascacielos. Es el primero en usar
en EEUU los cajones neumáticos (Wagoshance Lighthouse, Estrechos de
Mackinac, 1867). Artífice de la transición en Chicago de las
cimentaciones superficiales a las profundas, inventando el método de Chicago de pilotaje en
1892, en el que se hace una perforación circular de 1.0 m de diámetro,
excavada a mano, con una profundidad que varía entre 0.50 a 2.0 m, lo
que depende de la consistencia de la arcilla. Se ademán luego las
paredes del agujero con tablas verticales, conocidas como forro. El
forro se mantiene en su sitio por medio de dos anillos circulares de
acero. Se continúa de la misma manera hasta el fondo, donde se construye
la pata de elefante y se vacía concreto en el sistema.
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| Esquema de Caisson Neumático |
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| Caisson Neumático para una pila de puente |
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| Interior de un Caisson Neumático |
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| Enfermedad de Caisson Neumático |
Otto Mohr
En 1871, presentó una representación gráfica del estado de esfuerzos en un punto dado, denominada "Círculo de Esfuerzos de Mohr", que tiene una amplia aplicación en las teorías modernas de resistencia concernientes al suelo.
Nació el 8 de Octubre de 1835 en Wesselburen y falleció el 2 de Octubre de 1918 en Dresden, Alemania. Mohr ideó un método gráfico para representar esfuerzos
normales y tangenciales actuantes en planos inclinados, cuando el
material se somete a esfuerzos biaxiales, de útil aplicación en el campo
de los suelos.
Además de un único libro de texto, Mohr publicó numerosos trabajos de
investigación sobre la teoría de las estructuras y la resistencia de los
materiales. Las soluciones gráficas a problemas específicos fueron un
tema común en muchos de ellos. Tomando prestada al trabajo anterior de
Karl Culmann, amplió la representación gráfica de la tensión alrededor
de un punto a tres dimensiones. Más tarde, con los "círculos de esfuerzos"
(1882) con las que ahora son comúnmente asociados, Mohr desarrolló la
primera teoría de la resistencia sobre la base de esfuerzos cortantes.
Mohr fue un entusiasta de las herramientas gráficas y desarrolló un método para representar visualmente tensiones en tres dimensiones, previamente propuesto por Carl Culmann. En 1882, desarrolló el método gráfico en dos dimensiones para el análisis de tensión conocido como círculo de Mohr y lo usó para proponer la nueva teoría de resistencia de materiales, basada en el esfuerzo cortante.
Mohr fue un entusiasta de las herramientas gráficas y desarrolló un método para representar visualmente tensiones en tres dimensiones, previamente propuesto por Carl Culmann. En 1882, desarrolló el método gráfico en dos dimensiones para el análisis de tensión conocido como círculo de Mohr y lo usó para proponer la nueva teoría de resistencia de materiales, basada en el esfuerzo cortante.
Christian Otto Mohr
nació en 1835 en Wesselburen, en la inhóspita costa del Mar del Norte
de Schleswig-Holstein de una familia de terratenientes. Después de
graduarse en el Instituto Politécnico de Hannover en 1855 (donde ingresó
a la edad de 16 años), trabajó por primera vez, como Culmann, como un
ingeniero de ferrocarriles en Hannover y Oldenburg, diseñando unas de
las primeras cerchas de acero, así como algunos de los más importantes
puentes de Alemania, antes de tomar posesión, a la edad de 32 años en
1867, del cargo de profesor de Ingeniería Mecánica en el Politécnico de
Stuttgart. Durante esos años, Mohr
también comenzó su trabajo teórico en la mecánica y la resistencia de
los materiales. A pesar de una entrega sin pulir, sus conferencias eran
bien recibidas por los estudiantes debido a su simplicidad, claridad y
concisión. Siendo a la vez un ingeniero teórico y práctico de ingeniero,
Mohr sabía tema a fondo y siempre era capaz de traer algo fresco e
interesante para la atención de sus alumnos. Se retiró en 1900.
En 1873 se trasladó al Dresden Polytechnikum, donde continuó con sus
intereses en la resistencia de materiales y la teoría de estructuras. La
contribuciones pioneras que hizo a la teoría de las estructuras
incluyeron el uso de líneas de influencia para el cálculo de las
deflexiones de vigas continuas, una solución gráfica de las ecuaciones
de tres momentos, y el concepto de trabajo virtual para calcular los
desplazamientos en las juntas de las cerchas. Su trabajo en el círculo
de esfuerzos incluyó aplicaciones bidimensionales y tridimensionales y,
además, formuló las expresiones trigonométricas de un material elástico,
relacionando esfuerzos y deformaciones, así como la expresión que
relaciona los módulos de deformación directo y de cortante. Como con el
esfuerzo, demostró que las deformaciones de cizalladura y directas,
podían ser representadas gráficamente por círculos en un sistema rectangular de coordenadas.
En 1874 , Mohr formalizó el concepto de estructura indeterminada contando grados de libertad,
hasta entonces una noción intuitiva. Creyendo, como Coulomb había hecho
un siglo antes, que los esfuerzos de corte provocaban las fallas en
materiales de ingeniería, Mohr propuso un criterio de falla
basado en las envolventes tangenciales a los círculos de esfuerzos al
momento de la fractura (o rotura) en tracción y compresión. Asumió
entonces que cualquier condición de esfuerzos representada por un
círculo tocando estas envolventes iniciaría la falla. Este criterio de
falla demostró producir una mejor concordancia con los experimentos, que
la teoría de la deformación máxima de Saint-Venant, que era ampliamente
aceptada en ese momento.
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| Un círculo de esfuerzos de Mohr presentado en su obra de 1882 |
Mohr publicó su primera obra sobre los círculos de esfuerzo y deformación en 1882, en Civilingenieur y se repitió en 'Abhandlungen aus dem Gebiete Technischen der Mechanik' (2ª edición), una colección de sus obras, publicada por Wilhelm Ernst & Sohn, Berlín, 1914.
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| Esfuerzos Principales |
Combinando la teoría de Coulomb con el estado de esfuerzos biaxial de Christian Otto Mohr, la teoría pasó a conocerse como la teoría de Mohr-Coulomb.
Mohr
hizo numerosas contribuciones a la teoría de estructuras, incluyendo el
diagrama Williot-Mohr para desplazamientos de cerchas o entramados, el
método de área-momento para desviaciones de vigas, y el método de
Maxwell-Mohr para el análisis de estructuras estáticamente
indeterminadas. (Joseph Victor Williot, 1843-1907, fue un ingeniero
francés, y James Clerk Maxwell, 1831-1879, fue un famoso científico
británico.)
Frederick Baumann
Nació cerca de Berlín el 6 de enero de 1826. Se educó en el Instituto
Politécnico de Berlín y la Academia de las Artes. Llegó a Chicago en
1850 donde trabajó en una granja en Washington Heights hasta su
incorporación a la oficina de John Van Osdel como un dibujante de
arquitectura en 1852. Su larga carrera incluye colaboraciones con John
Van Osdel, Burling Edward, y su primo, Eduardo Baumann. Una importante
labor incluye comisiones prestigiosas e innovadores diseños estructurales, incluyendo el desarrollo de las fundaciones de zapatas aisladas.
(Existente en el Washington Block). Con su esposa, Guillermina
Steenhauer, fue padre de 11 hijos. Murió, muy respetado en Chicago, a la
edad de 95, el 18 de marzo de 1921.
Autor de The Art of Preparing Foundations for All Kinds of Buildings,
with Particular Illustration of the "Method of Isolated Piers" as
Followed in Chicago. Publicado en 1873; en este se recomiendan
valores de tensiones admisibles en las arcillas de Chicago y se
establecen, por primera vez en los Estados Unidos, algunas conclusiones
para cimentaciones superficiales:
- El área de una zapata ha de ser proporcional a la carga aplicada sobre ella.
- El centro de gravedad de la base de la zapata debe coincidir con el centro de gravedad de las cargas que actúan sobre ella.
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| Fundación sobre Zapatas Aisladas |
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| Tipo de Fundaciones Aisladas y Continuas |
Vasili Dokucháyev
En 1875 Dokucháyev contribuyó a "cartografiar los suelos".
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| Dokucháyev en la estepa (pintura al óleo) |
Vasili Vasílievich Dokucháyev (1 de marzo de 1840 - 8 de noviembre de
1903) fue un destacado geógrafo edafólogo ruso conocido por ser uno de
los próceres de la geografía rusa, y por ser justamente considerado padre de la ciencia de suelo o edafología, y prácticamente el primer científico edafólogo. Fue uno de los primeros científicos en realizar un vasto estudio de los tipos de suelos.
Uno de sus trabajos más importantes, fue el “principio del análisis integral del territorio”
que orientó en gran medida las investigaciones y sirvió de directriz
para la solución de variados problemas teóricos, metodológicos y
prácticos del estudio de la geografía en Rusia. También cobra gran
relevancia, su introducción del concepto geográfico de suelo, que se aleja del sentido que le otorgan geólogos e ingenieros para considerarlo como un sistema natural complejo, totalmente distinto a un estrato geológico,
producto síntesis de la geografía en la cual se encuentra, e
íntimamente ligado a sus factores, que pasan a ser considerados por
Dokuchaev como factores de formación.
También desarrolló un esquema de la clasificación que describía cinco
factores para la formación del suelo. Él llegó a su teoría después de
extensos estudios de campo en los suelos rusos en 1883. Su trabajo más
famoso es el chernozem ruso (1883), que hizo la palabra conocida en el extranjero.
Enseña en San Petersburgo. Es enviado a estudiar los suelos rusos, por demanda de la "Sociedad Económica Libre Imperiale de San Petersburgo", que se inquietaba por las desastrosas consecuencias, para la agricultura, de las severas sequías de los años 1873 a 1875. Particularmente en Rusia, observa que los suelos estaban ligados, en su naturaleza y distribución, a los siguientes factores: clima, roca subyacente, relieve, tiempo, agentes biológicos (vegetación, animales del suelo).
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| Chernozem |
En 1885 presenta su teoría de distribución de esfuerzos y deformaciones por cargas estructurales sobre el terreno.Nació en marzo 13 de 1842 en Saint-André-de-Sangonis en el sur de Francia, y murió en febrero 19 de 1929. Fue el alumno más destacado de Saint-Venant y fue profesor en la Universidad de Lille desde 1873. Entró en la Academia de Ciencias en 1886, ocupando la cátedra de Mecánica en la Universidad de París. Sus contribuciones más importantes abarcan la dinámica, la óptica y sobre todo la teoría de la elasticidad en su libro Application des potentiels el l' étude de l' équilibre et du mouvement des solides élastiques.
Lamé y Kelvin ya habían utilizado funciones potenciales para estudiar la deformación de cuerpos esféricos, pero Boussinesq las aplica al problema denominado "semiespacio elástico de Boussinesq" sometido a carga puntual, de gran utilidad en Mecánica del Suelo. Sin embargo, resolvió sus ecuaciones con relativa independencia de que los modelos elegidos tuvieran una correspondencia real con el suelo, por lo que puede considerarse un precursor "inconsciente" de la Mecánica del Suelo.
De 1872 a 1886, fue nombrado profesor de la Facultad de Ciencias de Lille, docente de Cálculo Diferencial e Integral en el Instituto Industriel du Nord (Ecole Centrale de Lille). Desde 1896 hasta su jubilación en 1918, fue profesor de Mecánica de la Facultad de Ciencias de París.
En 1897 publicó écoulement Théorie de l'tourbillonnant et des tumultueux liquides,
una obra que contribuyó en gran medida al estudio de la turbulencia y
la hidrodinámica. La palabra "turbulencias" nunca fue usada por
Boussinesq. Usó frases como "écoulement tourbillonnant et tumultueux".
Boussinesq desarrolló
un método para el cálculo del incremento de esfuerzos (esfuerzos
inducidos) en cualquier punto situado al interior de una masa de
suelo. La solución de Boussinesq determina el incremento de esfuerzos
como resultado de la aplicación de una carga puntual sobre la superficie
de un semi-espacio infinitamente grande; considerando que el punto en
el que se desea hallar los esfuerzos se encuentra en un medio homogéneo,
elástico e isotrópico.
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| Teoria de Boussinesq |
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| Bulbo de presión bajo carga circular uniforme |
En
1885, presentó el concepto de dilatancia en los suelos (aumento de
volumen que se presenta al comprimir una arena compacta en una
dirección).
Nació en Belfast, Irlanda del Norte, el 23 de agosto de 1842 - y murió en Watchet, Inglaterra, el 21 de febrero de 1912.
Fue un ingeniero y físico irlandés que realizó importantes contribuciones en los campos de la hidrodinámica y la dinámica de fluidos, siendo la más notable la introducción del Número de Reynolds en 1883.
Tras unos brillantes estudios en Cambridge, obtiene a la edad de 26 años, la cátedra de Ingeniería en el Owens College de Manchester.
Aunque sus contribuciones más importantes atañen al campo de la Hidráulica, define en 1885 el concepto de la dilatancia en los suelos, o cambio de volumen por aplicación de esfuerzos cortantes. Para ello estableció una serie muy cuidada de experimentos con arena, llegando a construir un aparato triaxial para ensayar suelos con diferentes grados de saturación, aunque no consiguió comprender los conceptos de tensión total, efectiva e intersticial.
Tras unos brillantes estudios en Cambridge, obtiene a la edad de 26 años, la cátedra de Ingeniería en el Owens College de Manchester.
Aunque sus contribuciones más importantes atañen al campo de la Hidráulica, define en 1885 el concepto de la dilatancia en los suelos, o cambio de volumen por aplicación de esfuerzos cortantes. Para ello estableció una serie muy cuidada de experimentos con arena, llegando a construir un aparato triaxial para ensayar suelos con diferentes grados de saturación, aunque no consiguió comprender los conceptos de tensión total, efectiva e intersticial.
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| Deformaciones en grupo irregular de esferas |
Allen Hazen
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| Allen Hazen en MIT |
En 1890, establece propiedades granulométricas de arenas y gravas para filtros.
Allen Hazen (1869-1930)
fue un ingeniero químico estadounidense que desarrollo numerosos
estudios para la depuración de efluentes cloacales e industriales. Entre
ellos, un método para determinar la permeabilidad de los suelos en
función de su granulometria.
Con una medida simple de la uniformidad de un suelo Allen Hazen propuso el coeficiente de uniformidad:
Cu = D60 / D10
Esta idea fue producto de Allen Hazen para clasificar arenas de filtro rápido de acueductos, y en ella se incluyen:
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| Coeficiente de Uniformidad (Hazen) |
D60: tamaño máximo de las partículas que constituyen la porción 60% más fina del suelo.
Estos dos últimos parámetros no tienen nombres literales y el de diámetro efectivo fue ideado por Allen Hazen.
La obtención
del coeficiente de uniformidad es muy sencilla: consiste en trazar
abcisas por los porcentajes 10,30 y 60 de material pasante hasta
intersecar la curva granulométrica semilogarítmica acumulativa. Los
diámetros correspondientes a los puntos de intersección serán ,
respectivamente, D10, D30 y D60. Estos parámetros servirán para la
obtención de los coeficientes de uniformidad y curvatura que definen
cuantitativamente la graduación de los materiales granulares.
El coeficiente de uniformidad (Cu) es la razón por cociente entre D60 y D10. No tiene valores límites.
A medida que D60 se aleja más de D10, aumenta el coeficiente de
uniformidad, lo que significa que mejora la graduación del material. Si,
por el contrario, son muy parecidas, tenemos un material mal graduado
cuya gráfica tiende a una línea vertical. De modo que Cu mide la mejor
representación de tamaños. En arenas graduadas: Cu >6, mientras que
las gravas bien graduadas son aquellas en las que Cu > 4.
Lewis Fry Richardson
En
1908, presenta su trabajo "The lines of flow of water in saturated
soils", en donde desarrolló redes de flujo como una solución gráfica
para el análisis de la filtración, basándose en el "Elementary treatise
on electricity" de Clerk Maxwell (Oxford, 1881) para adelantar el método
del ensayo y error, para resolver redes de flujo bidimensionales.
Lewis Fry Richardson (11 de octubre de 1881 - 30 de septiembre de 1953)
fue un matemático, físico, meteorólogo y pacifista inglés. Fue pionero
en las modernas técnicas matemáticas de la predicción del tiempo
atmosférico y en la aplicación de técnicas similares para el estudio de
las causas de las guerras y el cómo prevenirlas. También destacó por su
trabajo pionero sobre fractales. Fue miembro de la Royal Society.
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| Red de Flujo de Richardson |
Mecánica de Suelos Moderna (1910-1927)
A comienzos del siglo XX, una serie de grandes fallas en importantes
obras, se produjeron lo que condujo a la formación casi simultánea de
grupos de investigación geotécnica en diversos países. En Estados
Unidos, fallas de taludes en el Canal de Panamá, condujeron a la
formación de la Comisión de Fundaciones de EE.UU., de la Sociedad
Americana de Ingenieros Civiles en 1913; y en Suecia, deslizamientos de
tierra durante la construcción del ferrocarril, resultaron en la
formación de la Comisión Geotécnica Estatal en el mismo año.
Tras una cantidad de fallas de terraplenes y diques, se creó un comité
del gobierno dirigido por Buisman, en Holanda en 1920. Casagrande
(1960), sin embargo, señala la fecha de la llegada de la mecánica de
suelos moderna para el período comprendido entre 1921 y 1925, cuando
Terzaghi publicó varios artículos importantes relacionados con el
desarrollo de presiones de poros en la arcilla durante la carga, y su
disipación durante la consolidación, y también publicó su libro Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage.
En este período, se publicaron los resultados de las
investigaciones realizadas en arcillas, donde se determinaron las propiedades y
parámetros fundamentales de las arcillas.
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| Estudios importantes en arcillas entre 1910 - 1927. En Das, B.-Principles of Foundation Engineering |
Alrededor de 1908, Albert Mauritz Atterberg (1846-1916), un químico
sueco y científico del suelo, definió la fracción arcillosa como el
porcentaje en peso de las partículas menores de 2 micras de diámetro. Se
dio cuenta de la importante función de las partículas de arcilla en los
suelos y la plasticidad de los mismos. En 1911, explicó la consistencia
de los suelos cohesivos mediante la definición de los límites líquido,
plástico, y de contracción. También definió el índice de plasticidad
como la diferencia entre el límite líquido y límite plástico. Este
trabajo fue publicado en 1911 en “Über die physikalische Bodenuntersuchung, und über die Plastizität de Tone” International Mitteilungen für Bodenkunde, Verlag für Fachliteratur. G.m.b.H. Berlin, Vol. 1, 10–43.
En octubre de 1909, falló la presa de tierra de 17 m (56 pies) de altura
en Charmes, Francia. Fue construida entre 1902-1906. El ingeniero
francés, Jean Fontard (1884-1962), llevó a cabo investigaciones para
determinar la causa de la falla. En ese contexto, llevó a cabo pruebas
de dobre corte sin drenaje de muestras de arcilla (de 0,77 m2 de
superficie y 200 mm de espesor), bajo esfuerzo vertical constante, para
determinar sus parámetros de resistencia al corte. Los tiempos para el
fracaso de estas muestras eran entre 10 a 20 minutos. Los resultados
fueron publicados en 1914 en “Notice sur L’Accident de la Digue de Charmes” Anns. Ponts et Chaussées 9th Ser., Vol. 23, 173–292.
Arthur Langley Bell (1874-1956), un ingeniero civil inglés, trabajó en
el diseño y construcción del dique externo en Rosyth Dockyard. Basado en
su trabajo, desarrolló relaciones para la presión lateral y la
resistencia de la arcilla, así como de capacidad portante de
cimentaciones superficiales en arcilla y presentó los resultados en 1915
en “The Lateral Pressure and Resistance of Clay, and Supporting Power of Clay Foundations”
Min. Proceeding of Institute of Civil Engineers, Vol. 199, 233–272.
También utilizó ensayos de caja de corte para medir la resistencia al
corte sin drenaje de muestras de arcilla inalteradas.
Wolmar Fellenius (1876-1957), un ingeniero sueco, desarrolló el análisis
de estabilidad de taludes de arcilla saturada (es decir,en condición
φ=0 condición) con la suposición de que la superfice crítica de
deslizamiento es el arco de un círculo. Este análisis desarrollado fue
publicado en sus artículos de 1918 (“Kaj-och Jordrasen I Göteborg”
Teknisk Tidskrift. Vol. 48, 17–19.) y 1926. El artículo publicado en
1926 presentó las soluciones numéricas correctas para los 'números de
estabilidad' de las superficies de deslizamiento circulares que pasan
por la pata del talud.
Karl Terzaghi (1883-1963) de Austria, desarrolló la teoría de la
consolidación de arcillas como la conocemos hoy en día. La teoría se
desarrolló cuando Terzaghi estaba enseñando en el Colegio Americano
Roberts en Estambul, Turquía. Su estudio abarcó un período de cinco
años, de 1919 a 1924. Utilizó cinco suelos de arcilla diferentes. El
límite líquido de los suelos varió entre 36 a 67, y el índice de
plasticidad estaba en el intervalo de 18 a 38. La teoría de la
consolidación fue publicada en Erdbaumechanik célebre libro de Terzaghi en 1925.
Estos trabajos, en gran parte provinieron de la apreciación de Terzaghi,
de la necesidad de complementar la información geológica con datos
numéricos, tras dos años dedicados a la recopilación de información
geológica sobre los sitios de construcción de represas en EE.UU.
(Terzaghi 1936).
En resumen, Atterberg (1911), un científico sueco, propuso pruebas
sencillas para determinar los límites de consistencia de los suelos
cohesivos. Fellenius (1927) dirigió una Comisión Geotécnica Sueca para
determinar las causas de falla de muchos terraplenes de ferrocarriles y
canales. El llamado método del Círculo Sueco o el método de
Deslizamiento Circular fue el resultado de ésta investigación publicado
en 1926.
En 1911, Atterberg ya había desarrollado y presentó en Suecia, las pruebas de límite líquido y límite plástico de arcillas y limos.
Nació el 19 de marzo de 1846 y falleció el 4 de abril de 1916 en Suiza.
Este científico de suelos, fue el creador de los límites de consistencia
o limites de Atterberg que se utiliza para caracterizar el
comportamiento de los suelos finos, y que hizo posible el entender el
concepto de propiedades físicas de los suelos.
Los límites de Atterberg se utilizan para caracterizar el comportamiento plástico
de los suelos finos. Se basan en el concepto de que en un suelo de
grano fino sólo pueden existir cuatro estados de consistencia según su
humedad: Sólido, Semisólido, Plástico y Líquido. Los contenidos de
humedad en los puntos de transición de un estado al otro, son los
límites de consistencia.
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| Límites de Atterberg de Minerales Arcillosos |
 |
| Representación Gráfica de IP |
Wolmar Fellenius
Wolmar Knut Axel Fellenius,
nació el 10 de septiembre 1876 en Salem Township, Condado de Estocolmo,
y falleció en 1957. Aunque se co0nsidera que puede existir un error de
fechas y en realidad vivió entre los años 1867-1953.
Fellenius
se matriculó en 1894 en el departamento de ingeniería civil y
construcción, donde se graduó en 1898 del Instituto Real de Tecnología
de Estocolmo. Entre 1899 y 1905 se desempeño en algunos cargos de obras
municipales y entre 1905 y 1911, fue ingeniero de ferrocarriles y
dirigió el departamento de diseño estructural de los ferrocarriles
suecos de Gotemburgo, donde fue ingeniero jefe en el puerto, donde se
destacó la instalación del muelle de Stigenberg, el puerto pesquero
Sannegårdshamnen y otros proyectos de infraestuctura para el desarrollo
del principal puerto del país. Al mismo tiempo, entre 1906 y 1911,
trabajó como profesor de ingeniería civil en la institución educativa de
construcción Chalmers.
Entre los años 1908 y 1912, fue secretario de la Asociación Técnica
Municipal Sueca (de la cual se hizo miembro honorario en 1930), en 1911
fue Miembro de la Comisión para el Ferrocarril Estatal Rönninge-Power y
entre 1914 y 1922 miembro de la Comisión Estatal de Ferrocarriles Sueca
(de la cual fue Presidente desde 1919).
Entre 1911 y 1943 fue profesor de ingeniería hidráulica en el Instituto
Real de Tecnología de Estocolmo (KTH), e investigó activamente la
estabilidad de taludes, muelles y diques. Desde 1915 fue director del
departamento técnico de ingeniería civil y construcción de la
universidad, cuyo laboratorio creado por su iniciativa. En 1919 se
convirtió en presidente de la Comisión Geotécnica de Suecia.
Fue nombrado en 1904 Teniente, en 1920 Mayor y en 1930 Teniente Coronel
en el Cuerpo de Ingeniería Civil. Se convirtió en ciudadano honorario de
la Universidad Técnica de Karlsruhe en 1921, y recibió un doctorado en
ingeniería de la Universidad Técnica de Darmstadt en 1936.
Fellenius
también ejerció amplias actividades de consultoría, en diferentes
instalaciones portuarias en varias ciudades de Suecia y Noruega, y llevó
a cabo investigaciones de varios temas importantes durante la
construcción de los puertos, y junto con el profesor Otto Linton,
construyó un puente de pontones a través del estrecho de Traneberg, en
Estocolmo. Publicó una larga serie de artículos relativos a la
construcción de puertos.
El Desarrollo del Método de Falla Circular
Fellenius
fue presidente de una comisión sueca, que fue creada en 1913 por la
Administración de Ferrocarriles del Estado para investigar las fallas de
taludes a lo largo de las vías. La Comisión examinó 300 casos de fallas
en taludes y deslizamientos de tierra, el informe final se presentó en
1922. Esta Comisión en 1916, junto a Knut Petterson y Hultin Sven, y
otros expertos internacionales, elaboró el estudio de la estabilidad de
los taludes del muelle en el puerto de Gotemburgo, y creó el término Geotecnia (del sueco: "geoteknik").
En el caso de la falla del puerto de Gotemburgo, las investigaciones
detectaron que en el muelle existe un depósito de arcilla blanda, de 150
pies (45.72 m) de espesor. Se extrajeron 50 pies (15.24 m) de material,
y fueron sustituidos por relleno de arena. Se hincaron pilotes para
estabilizar el muelle. Posteriormente, el 5 de marzo de 1916, varios
cientos de metros de muros se deslizaron hacia el mar.
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| Análisis de la falla del Puerto de Gotemburgo en marzo 5 de 1916 |
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| Construcción del plano de falla circular en el Muelle Stigberg, en el puerto de Gotemburgo (Fellenius 1926a) |
Fellenius extendió el método del círculo de deslizamiento de suelos cohesivos
y de suelos cohesivos - friccionantes, y desarrolló el análisis de la
estabilidad análisis de taludes de arcilla saturados (es decir,
condición f= 0), con la hipótesis de que la superficie de deslizamiento
crítica es el arco de un círculo. Estos desarrollos fueron
pormenorizados en sus artículos publicados en 1918 y 1926. El artículo
publicado en 1926, dio soluciones numéricas correctas para los números
de estabilidad de las superficies de deslizamiento circulares que pasan
por el pie del talud. Este trabajo resultó en el desarrollo del "Método del Círculo de Deslizamiento Sueco", o "Método Fellenius",
en el que la superficie de falla más probable se determina por un
método combinado analítico y gráfico. El método fue traído a la atención
internacional por Karl Terzaghi y Donald W. Taylor y fue ampliamente
adoptado.
El mérito de Fellenius es haber desarrollado el método de cálculo de estabilidad de taludes,
publicado en un libro suyo en 1926, ampliamente utilizado hoy en día, y
que se ha convertido en el procedimiento indispensable para el estudio
de taludes de presas, carreteras o de cualquier otro tipo.
El método fue desarrollado por Fellenius
como resultado de sus estudios sobre fallas en taludes de arcillas
sensibles en Suecia y fue el primer método de las rebanadas a ser
ampliamente aceptado y utilizado, que reduce el sistema de fuerzas (esfuerzos) sobre el talud, a una estructura estáticamente determinada. Este es el método de tajadas o rebanadas (slices) más simple para producir el menor valor del factor de seguridad, siendo generalmente el método más conservador.
El método también se conoce como método Fellenius, método sueco o método del círculo de deslizamiento sueco. También existe la regla Fellenius
de 1927, para calcular la estabilidad de un terraplén, como una
relación de la resistencia al corte real requerida y de la para
resistencia al corte disponible, donde introdujo el concepto de los factores de seguridad para las fundaciones, que se utilizan hoy en día (Fellenius
1926a, 1926 b), como la relación entre la fuerza total disponible y las
fuerzas que actúan, o para la estabilidad de taludes, como la relación
entre la resistencia y forzar momentos giratorios.
Fellenius
había sido hasta 1911 Director de Planificación del puerto de
Gotemburgo y desarrolló el procedimiento de cálculo de estabilidad de
taludes, estando al frente de una comisión para investigar
deslizamientos de tierra en los ferrocarriles suecos (que presentó el
Informe Final en 1922), donde también tomó en cuenta la cohesión. Fue
adoptada más tarde por Krey, y Bishop desarrolló otro método similar.
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| Bengt H. Fellenius (nieto de Wolmar Fellenius) |
Fellenius
publicó varios trabajos sobre el análisis de estabilidad de taludes y
fundaciones entre 1916 y 1927, de los cuales el más conocido es su "Erdstatische Berechnungen" en 1926 (que reconoce los primeros trabajos de Petterson y Hultin) y "Cálculo de la estabilidad de Represas de Tierra",
presentado al II Congreso de Grandes Presas, Washington, DC, en 1936.
Sus numerosas publicaciones sobre la construcción de concreto reforzado
entre 1902 y 1910 fueron la base de los principios de diseño sueco de
concreto reforzado. Fue uno de los iniciadores de la Sociedad
Internacional de Investigaciones Hidráulicas, en la que se desempeñó
como presidente desde su fundación hasta después de la II Guerra
Mundial.
Su hijo Bror y su nieto Bengt también estuvieron activos en el campo de la ingeniería geotécnica.
Bibligrafía Seleccionada
Fellenius, W. (1926)a. "Jordstatiska
beräkningar med friktion of kehesion och under antagande av
cirkulärcylindriska glidytor." Kungliga Väg- och Vatten-byggnadskåren
1851-1926, Festskrift, Stockholm, pp. 79-127.
Fellenius, W. (1926)b. "Erdstatische
Berechnungen mit Reibung und Kohäsion und unter nnahme kreiszylindrische
Gleitflächen." Ernst Vorlag, Berlin, 48 p.
El Nacimiento de la Mecánica de Suelos
A comienzos del siglo XX, Karl Terzaghi se encargó de recopilar y
exponer a la academia, lo que en adelante se conocería como una nueva
ciencia denominada 'Mecánica del Suelo'. Junto a un grupo de
ilustres colaboradores, y a través de un extenso listado de
publicaciones, le presentó a la comunidad de ingenieros civiles (ya
diferenciados de los ingenieros militares) las bases para el estudio
sistemático del comportamiento del suelo como material de ingeniería,
dando también lugar al nacimiento de la ingeniería geotécnica.
Los más importantes contribuyentes al desarrollo de la mecánica de suelos son los siguientes:
En 1925 publica "Erdbaumechanik", en donde sienta las bases y punto de partida para la Mecánica de Suelos.
Vida temprana
Nació en Praga (que en ese tiempo era la capital de la región austriaca
de Bohemia) el 2 de octubre de 1883, y murió el 25 de octubre de 1963,
en Winchester, Massachusetts.
Karl
von Terzaghi, fue el primogénito del teniente coronel del Ejército
Anton von Terzaghi y Amalia Eberle en Praga. Luego del retiro de Anton
Terzaghi del ejército, la familia se trasladó a Graz, Austria. A la edad
de diez años, Terzaghi fue enviado a un internado militar. Allí
desarrolló un interés por la astronomía y la geografía. A los catorce
años, Terzaghi entró en una escuela militar diferente, en Hranice, la
'Corona de Bohemia'. Él era un estudiante excelente, sobre todo en la
geometría y las matemáticas, y se graduó con honores en la edad de
diecisiete años.
En 1900, Terzaghi ingresó en la Universidad Técnica de Graz para
estudiar ingeniería mecánica. Se interesó por la mecánica teórica, pero
casi llegó a ser expulsado de allí. Se graduó con honores en 1904.
Posteriormente, cumplió un año de servicio obligatorio de un militar. En
cumplimiento de sus obligaciones militares, tradujo y extendió
ampliamente un popular manual de geología de campo, del inglés al
alemán. Regresó a la universidad por un año y combinó el estudio de la
geología con cursos sobre temas tales como la ingeniería de carreteras y
ferroviaria. En poco tiempo produjo su primer trabajo académico, cuyo
tema es la geología de las terrazas en el sur de Estiria (Austria).
Los primeros años profesionales
Su primer trabajo fue como ingeniero de diseño junior para la firma Adol
Baron Pittle, de Viena. La firma estaba cada vez más involucrada en el
campo relativamente nuevo de la generación de energía hidroeléctrica, y
Karl se vio envuelto en los problemas geológicos que enfrentó la
empresa. Sus responsabilidades aumentaron rápidamente, y en 1908, ya
estaba manejando un frente de construcción, los trabajadores, y el
diseño y construcción de estructuras de acero reforzado. Se embarcó en
un proyecto ambicioso y desafiante para la construcción de una represa
hidroeléctrica en Croacia.Continuó con gran éxito hacia un proyecto aún
más caótico en San Petersburgo. Durante seis meses en Rusia, desarrolló
algunos nuevos métodos gráficos para el diseño de tanques industriales,
que presentó como tesis para su doctorado en la universidad. Su
creciente lista de logros empezó a abrirle más oportunidades.
La experiencia práctica en los proyectos de Croacia y Rusia,
junto con un creciente interés en la geología, expuso a Terzaghi a las
lagunas en el conocimiento de las condiciones geológicas subyacentes a
los proyectos de construcción y las consecuencias de ingeniería
resultantes de estas condiciones. Luego decidió ir a los Estados Unidos
de América, lo que hizo en 1912, para explorar los limitados avances en
la ingeniería de movimientos de tierra.
En los EE.UU., por su propia cuenta, emprendió una gira de ingeniería de
los principales sitios de construcción de presas en el oeste. Esto no
fue un viaje normal, pero era su oportunidad de reunir los informes y de
primera mano el conocimiento de los problemas de muchos proyectos
diferentes, y lo aprovechó al máximo antes de regresar a Austria en
diciembre de 1913. Cuando estalló la Primera Guerra Mundial, se
encontraba reclutado en el ejército como oficial de la dirección de un
batallón de 250 hombres de la ingeniería. Sus responsabilidades
nuevamente aumentaron, hasta llegar a manejar 1000 hombres, y se
enfrentó en combate en Serbia y fue testigo de la caída de Belgrado.
Después de un breve período en la gestión de un campo de aviación, se
convirtió en profesor en el Colegio Real de Ingeniería del otomano en
Estambul (ahora Universidad Técnica de Estambul).
Aquí inició una época feliz, muy productiva, en la que comenzó su
trabajo de toda la vida de brindar la verdadera comprensión en la
ingeniería, del suelo como material de ingeniería cuyas propiedades se
pueden medir en forma estandarizada. Instaló un laboratorio y usando
equipos rudimentarios, comenzó su revolución.Sus mediciones y análisis
de los esfuerzos sobre los muros de contención, fueron publicados por
primera vez en inglés en 1919, y fue rápidamente reconocido como una
nueva contribución importante a la comprensión científica del
comportamiento fundamental de los suelos.
 |
| Portada del libro de Terzaghi en 1925 |
Al final de la guerra, se vio obligado a dimitir su puesto en la
Universidad, pero se las arregló para encontrar un nuevo puesto en el
Robert College de Estambul. Aquí pasó su lengua de enseñanza del francés
al inglés, y otra vez construyó un laboratorio a partir de equipos
sencillos. Esta vez, estudió varios aspectos experimentales y
cuantitativos de la permeabilidad de los suelos al agua, y fue capaz de
llevar a cabo algunas teorías para explicar las observaciones.
Allí comenzó su trabajo de investigación sobre el comportamiento de los suelos, el asentamiento en las arcillas y la falla por tubificación en arenas bajo presas.
Él inventó todos los nuevos aparatos para la medición, y pasó muchos
largos días de trabajo para efectuar las mediciones él mismo. En 1924,
publicó gran parte de este trabajo en su Opus Magnum, Erdbaumechanik,
en idioma alemán, que revolucionó el campo con gran éxito. El resultado
fue una oferta de trabajo en el Massachusetts Institute of Technology
(MIT), que él aceptó de inmediato.
Más tarde esa obra clásica fue traducida al inglés (1960), recibiendo la
Ingeniería Civil un fuerte impulso al iniciarse una era de
investigaciones por eminentes científicos, en diferentes escenarios
geológicos en el mundo, que permitió la construcción de grandes puentes,
rascacielos, puertos, túneles y presas, donde la poca resistencia de
los suelos, en el pasado lo habían hecho casi imposible.
El libro contiene la ecuación diferencial fundamental para el proceso de
consolidación asociado con la compresión de la arcilla, una ecuación
análoga a la ecuación de difusión que rige el flujo de calor en los
sólidos, dependiente del tiempo. El libro también contiene la teoría de
la tensión efectiva para explicar el comportamiento de los suelos bajo
cargas.
Últimos años
Una de sus primeras tareas en los EE.UU. fue conseguir la atención de los ingenieros a su trabajo. Aunque
las ideas de Terzaghi fueron recibidas con escepticismo en algunos
círculos de ingeniería civil, siguió escribiendo, dictando conferencias,
y demostrando la validez de sus conceptos mediante su aplicación
práctica.
Procedió a hacer por escrito una serie de artículos para el Engineering News Record,
que fueron publicados en el invierno de 1925, luego como un pequeño
libro en 1926. Encontró las instalaciones del MIT abominables y la
obstrucción de la administración. Apartó a un lado esos obstáculos, y
una vez más estableció un nuevo laboratorio orientado a hacer mediciones
en suelos con instrumentos de su propia invención. Entró en una nueva
fase de publicación prolífica y una implicación de ejercicio profesional
con rapidez creciente y lucrativa, como ingeniero consultor en muchos
proyectos de gran envergadura.
En 1927, en una interesante coincidencia, Aurelia Schober Plath ,
posteriormente se convertiría en la madre de la famosa poetisa Sylvia
Plath, trabajó como secretaria de Terzaghi. Ella era de origen austríaco
y trabajó para Terzaghi en la traducción de un manuscrito en alemán que
trataba sobre nuevos principios de la mecánica de suelos. Después del
trabajo cenaban juntos, y la conversación chispeante Terzaghi la llevaba
a la tragedia griega, a la literatura rusa, a las obras de Hermann
Hesse, a los poemas de Rainer María Rilke, así como los escritos de los
grandes filósofos del mundo. Ella afirma que la experiencia le afectó
para el resto de su vida y que "se dio cuenta de lo estrecho que
había sido mi mundo y que la auto-educación podría y debería ser una
emocionante aventura para toda la vida. Fue el comienzo de mi sueño para
la educación ideal de los hijos que esperaba algún día tener". De
1926 a 1932, Arthur Casagrande, otro pionero de la mecánica de suelos e
ingeniería geotécnica, trabajó como asistente privado de Terzaghi en el
MIT.
Terzaghi era muy solicitado como un compañero de cena y era un
conversador fascinante. Sus miradas llamativas y el poder evidente era
muy atractivo para las mujeres. En 1928 conoció a la joven estudiante de
Harvard de doctorado en geología, Ruth Dogget, y se enamoraron
profundamente.
De 1925 a 1929, Terzaghi trabajó en el Instituto Tecnológico de
Massachusetts donde inició el primer programa estadounidense sobre
mecánica de suelos y consiguió que esta ciencia se considerase como una
materia importante en la ingeniería civil. Siendo Profesor en el
Instituto Tecnológico de Massachusetts - MIT, USA, 1926, Terzaghi
construyó su propio aparato de consolidación en pequeña escala.
En 1928, Terzaghi tuvo suficiente del MIT y su presidente, y decidido a
regresar a Europa. Aceptó una cátedra en la Vienna Technische Hochshule
en el invierno de 1929. Se casó con Ruth, que se convirtió en su editora
y colaboradora también. Hizo de Austria su base, viajó incesantemente por
toda Europa, en consultoría y docencia, y en hacer nuevos contactos
profesionales y colaboraciones. Su carga de trabajo docente ahora era
relativamente ligera, así que continuó sus investigaciones
experimentales, y estuvo especialmente interesado en los problemas de
asentamientos de las fundaciones, y de la lechada. Comenzó a escribir el
manuscrito de una versión mucho más actualizada y ampliada del Erdbaumechanik,
ahora preparado para dos volúmenes. Sin embargo, la agitación política
en Austria comenzón a interferir con su trabajo, y en 1935 decidió tomar
una licencia de Viena entre 1935 y 1936.
Comenzó su año sabático con un corto viaje a consultar con Fritz Todt
(ingeniero alemán que trabajó para el partido Nazi) y los arquitectos
de los grandiosos planes propuestos para los inmensos edificios en el
sitio del Nazi's Party Day Rally en Nuremberg. Esto llevó a un conflicto
sobre la mejor manera de apoyar una cimentación superficial, lo que
condujo a una discusión con el propio Hitler, quien tomó un gran interés
en todos los detalles de la arquitectura. Terzaghi regresó a América,
donde presidió y dictó una conferencia plenaria en la Primera
Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos en la Universidad de
Harvard, en 1936.
Fue a través de la inspiración y la guía de Terzaghi, desarrollada en el anterior cuarto de siglo, que fueron presentados los trabajos en la Conferencia, cubriendo una amplia gama de temas, tales como la resistencia al corte, el esfuerzo efectivo, los ensayos in situ, el penetrómetro de cono holandés, las pruebas de centrifugación, el asentamiento por consolidación, la distribución elástica de esfuerzos, la precarga para la mejora del suelo, la acción de las heladas, las arcillas expansivas, la teoría de arco de la presión de la tierra, la dinámica del suelo, y los terremotos. Durante el siguiente cuarto de siglo, Terzaghi fue el espíritu que guió el desarrollo de la mecánica de suelos e ingeniería geotécnica en todo el mundo.
Fue a través de la inspiración y la guía de Terzaghi, desarrollada en el anterior cuarto de siglo, que fueron presentados los trabajos en la Conferencia, cubriendo una amplia gama de temas, tales como la resistencia al corte, el esfuerzo efectivo, los ensayos in situ, el penetrómetro de cono holandés, las pruebas de centrifugación, el asentamiento por consolidación, la distribución elástica de esfuerzos, la precarga para la mejora del suelo, la acción de las heladas, las arcillas expansivas, la teoría de arco de la presión de la tierra, la dinámica del suelo, y los terremotos. Durante el siguiente cuarto de siglo, Terzaghi fue el espíritu que guió el desarrollo de la mecánica de suelos e ingeniería geotécnica en todo el mundo.
A tal efecto, en 1985, Ralph Peck escribió que "pocas
personas durante la vida de Terzaghi habrían estado en desacuerdo que
él no fue solamente el espíritu rector de la mecánica de suelos, sino
que fue el centro de investigación y aplicación en todo el mundo. En los
años siguientes (a la Conferencia de Harvard de 1936) se involucró en
proyectos en todos los continentes excepto Australia y la Antártida.".
Continuó Peck diciendo "Aún hoy en día, difícilmente se puede mejorar
su evaluación contemporánea del estado de la mecánica de suelos, como
la expresó en sus documentos de resumen y los discursos presidenciales.".
Hizo una gira de conferencias en muchas otras universidades, pero
descubrió que las perspectivas de empleo eran sombrías. Regresó a Viena
en noviembre de 1936, poco después del nacimiento de su primer hijo,
Eric.
En Viena, regresó a una controversia desagradable profesional y política, que sólo superó con cierta dificultad. En ese momento declaró memorablemente "La patria que me señala como un nazi, los nazis como un bolchevique, y los bolcheviques como un idealista conservador. Ciertamente, sólo uno de los tres podría estar en lo cierto, y son los bolcheviques". Escapó de Viena con frecuencia por los extensos viajes de consultoría a importantes proyectos de construcción en Inglaterra, Italia, Francia, Argelia y Letonia; acumulando una gran cantidad de experiencia en la práctica de la ingeniería.
En Viena, regresó a una controversia desagradable profesional y política, que sólo superó con cierta dificultad. En ese momento declaró memorablemente "La patria que me señala como un nazi, los nazis como un bolchevique, y los bolcheviques como un idealista conservador. Ciertamente, sólo uno de los tres podría estar en lo cierto, y son los bolcheviques". Escapó de Viena con frecuencia por los extensos viajes de consultoría a importantes proyectos de construcción en Inglaterra, Italia, Francia, Argelia y Letonia; acumulando una gran cantidad de experiencia en la práctica de la ingeniería.
En 1938, Terzaghi emigró a los Estados Unidos y tomó un puesto en la
Universidad de Harvard. Antes de la final de la guerra, participó como
consultor en el sistema de metro de Chicago, la construcción del puerto
de Newport News, y construyendo el Normandie, entre otros. En la
Universidad de Harvard desarrolló y expuso su curso sobre geología
aplicada a la ingeniería.
En 1939, Terzaghi presentó la 45a Conferencia James Forrest en la Institución de Ingenieros Civiles de Londres. Su intervención se tituló "Mecánica de Suelos - Un nuevo capítulo en Ciencias de la Ingeniería". En ella proclamó que la mayoría de las fallas de cimentación que ocurrían ya no eran "actos de Dios."
En 1943 se convirtió en ciudadano estadounidense y publicó su “Theoretical Soil Mechanics” seguido por “Soil Mechanics in Engineering Practice” de K. Terzaghi y R.B. Peck en 1948, este último probablemente sea el libro más conocido por los graduados de Ingeniería Civil en el mundo.
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| Portada de 'Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería' de Terzaghi |
Así se pudo difundir por el mundo traducido a varios idiomas su teoría sobre los Esfuerzos Efectivos Hidrodinámicos y de la Consolidación en un régimen de flujo estacionario o constante.
Fue galardonado con la Medalla Frank P. Brown en 1946. Permaneció como profesor de tiempo parcial en la Universidad de Harvard hasta su jubilación en 1953 a la edad obligatoria de 70 años. En julio del año siguiente, se convirtió en el presidente del Consejo Consultivo para la construcción de la presa de Asuán. Renunció a este cargo en 1959 después de entrar en conflicto con los ingenieros rusos a cargo del proyecto, pero continuaron sus consultas sobre varios proyectos hidroeléctricos, especialmente en la Columbia Británica. Murió en 1963 y sus cenizas enterradas en el sur de Waterford, Maine, cerca de "Bear Corner", el retiro de la familia.
La extraordinaria carrera de Terzaghi fue descrita con amplia documentación en el libro From Theory to Practice in Soil Mechanics
(Wiley, 1960). En este libro se recopilaron todas las publicaciones de
Terzaghi hasta 1960 (256). A Terzaghi se le otorgaron numerosos premios
honoríficos, incluyendo la Medalla Norman de la Sociedad Americana de
Ingenieros Civiles (ASCE) en los años 1930, 1943, 1946 y 1955.
Universidades de ocho países diferentes concedieron a Terzaghi nueve
títulos de doctor honoris causa. Durante muchos años desempeñó el cargo
de Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos y
Cimentaciones.
Legado
 |
| Sobre de Primer Día - Correos de Austria |
La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles estableció en 1960 el Premio Karl Terzaghi a un "autor
de notables contribuciones al conocimiento en los campos de la mecánica
de suelos, ingeniería del subsuelo y de movimiento de tierras, y la
construcción y movimiento de tierras subterráneas". La Biblioteca
Terzaghi y Peck, que es administrada por el Instituto Geotécnico de
Noruega, en Oslo, Noruega, mantiene una extensa colección de sus
documentos. La presa Mission en Columbia Británica, Canadá, fue
renombrada en su honor como la Presa de Terzaghi en 1965.
Terzaghi no sólo inició la mecánica de suelos sino que hasta su muerte
ejerció una profunda influencia en esta ciencia y, dos días antes de
fallecer, aún trabajaba diligentemente en un artículo científico. Los
escritos de Terzaghi aportan importantes conocimientos sobre muchos
temas, en especial la teoría de la consolidación, el proyecto y
construcción de cimentaciones, el cálculo de ataguías y el mecanismo de
deslizamiento de taludes. Quizá la aportación más importante de Terzaghi
a la mecánica de suelos fue su forma de tratar los problemas que se
plantean en ella, de acuerdo con la metodología que él enseñó y supo
poner en práctica.
 |
| Estampilla en homenaje a Terzaghi |
Ir a:
El Legado de Terzaghi en la Ingeniería Geotécnica
Terzaghi y la Mecánica de Suelos
La Clasificación Geomecánica de Terzaghi (1946)
Terzaghi, el ingeniero y el escándalo Fillunger
Terzaghi y el SPT
La Ingeniería Geotécnica después de 1927
A continuación se presentan algunos aspectos destacados en el desarrollo de mecánica de suelos e ingeniería geotécnica que ocurrieron después de la 1a Conferencia de ISSMFE en 1936:
Después de una breve interrupción por la II Guerra Mundial, se llevó a cabo la 2a Conferencia de ISSMFE, en Rotterdam, Holanda, en 1948. Asistieron cerca de 600 participantes y se publicaron siete volúmenes de memorias. En esta conferencia, A. W. Skempton presentó el prominente artículo sobre el concepto Ø = 0 en arcillas. Las Conferencias de ISSMFE habían sido organizadas casi cada cuatro años en diferentes partes del mundo. Como consecuencia de la conferencia de Rotterdam, se gestaron Conferencias Regionales en Ingeniería Geotécnica como:
Desde los primeros días, la profesión de la ingeniería geotécnica ha recorrido un largo camino y ha madurado. Ahora es una rama establecida de la ingeniería civil, y miles de ingenieros civiles declaran que la ingeniería geotécnica es su área de especialidad preferida.
Desde la primera conferencia en 1936, a excepción de una breve interrupción durante la Segunda Guerra Mundial, las conferencias ISSMFE se han celebrado cada cuatro años. En 1997, el nombre ISSMFE fue cambiado a ISSMGE (Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica) para reflejar su verdadero alcance. Estas conferencias internacionales han sido fundamentales para el intercambio de información sobre las actividades de investigación en ingeniería geotécnica nuevas y en curso.
Hasta principios de la década de 1960, los Ingenieros Geotécnicos estaban agrupados en la ISSMFE (“International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering”). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM (“International Society for Rock Mechanics”) en 1962 y la IAEG (“International Association of Engineering Geology”) en 1970.
El Legado de Terzaghi en la Ingeniería Geotécnica
Terzaghi y la Mecánica de Suelos
La Clasificación Geomecánica de Terzaghi (1946)
Terzaghi, el ingeniero y el escándalo Fillunger
Terzaghi y el SPT
La Ingeniería Geotécnica después de 1927
La publicación de Erdbaumechanik
auf Grundlage Bodenphysikalisher por Karl Terzaghi en 1925 dio a luz a una
nueva era en el desarrollo de la mecánica de suelos. Terzaghi es conocido
como el padre de la mecánica de suelos moderna, y con razón, como se ha visto anteriormente.
El primer trabajo profesional de Terzaghi en Inglaterra fue en 1939,
cuando fue contratado para investigar una falla de talud en el embalse
Chingford (Cooling y Golder 1942). Como resultado, John Mowlem creó en
1943 el primer laboratorio de mecánica de suelos comercial, en el Reino
Unido, y se llamó Soil Mechanics Ltd. Whyte (1976) reporta que para 1948
otros cinco contratistas y un consultor, disponían divisiones de
suelos.
Un estímulo importante a la investigación en suelos
en el Reino Unido, fue dado por Cooling, que influyó en una serie
de ingenieros (por ejemplo, Skempton, Bishop y Golder) que trabajaban en
la Building Research Station en la década de 1940. En 1948, comenzó su
publicación Géotechnique, y para 1955 un gran número de
importantes documentos en mecánica de suelos se habían publicado sobre
temas tales como la investigación de campo, infiltración, estabilidad de
taludes y asentamiento.
La investigación de sitio moderna, se diferencia de sus antecesoras
principalmente, debido a la necesidad de cuantificar el comportamiento
del suelo. Terzaghi, en su conferencia James Forrest a la Institución de
Ingenieros Civiles ICE, de Londres (1939) señaló que, en 1925 los
métodos de muestreo en los EE.UU. eran "primitivos", con muestras
de tubos sellados siendo casi inaudito. El trabajo de Casagrande entre
1925 y 1936 demostró la influencia de la perturbación del suelo durante
el muestreo (reportada por A. Casagrande en 1932) y condujo al
desarrollo en los EE.UU. de "procedimientos complejos e ingeniosos para
obtener muestras casi inalteradas hasta un diámetro de 5" (Terzaghi,
1939). Al mismo tiempo, se hicieron avances considerables en Dinamarca,
Francia, Alemania, Suecia e Inglaterra.
R.V. Southwell (1938) describe los métodos de relajación para resolver
la ecuación de flujo en un medio poroso, presentados por él
originalmente en 1935. Donald W. Taylor (1948), presenta una discusión
sobre el uso de factores parciales en la estabilidad de taludes, en
lugar del factor de seguridad total. Hansen (1965) sugiere reemplazar el
tradicional sistema de factores de seguridad totales, por el mucho más
consistente sistema de factores de seguridad parciales.
En el Reino Unido, Cooling y Smith (1936) reportaron un intento temprano de muestreo «inalterado»
del suelo usando un tubo partido de 105 mm de diámetro, forzado en el
terreno desde la parte posterior de un camión. Para 1937, la herramienta
era un tubo de 105 mm de diámetro hincado en el suelo (Cooling y Golder
1942; Cooling1942), con una relación de área (la relación de área de
suelo desplazada con el área de la muestra) de aproximadamente 20%. La
perforación era con un perforador de pozos "hincado en la forma habitual con barrenos, cinceles, etc"
(Cooling 1942). Para el año 1945 el tubo de muestreo se había
convertido en el U100, que está todavía en uso hoy en día (Longsdon
1945).
En 1949, el primer borrador del proyecto de Civil Engineering Code of Practice for Site Investigations
fue emitido para comentarios. En ese tiempo Harding (1949) entregó un
documento a la División de Construcción de Obras de la Institución de
Ingenieros Civiles en el que se detallan los métodos de perforación y
muestreo disponibles entonces. Las recomendaciones formuladas en dicho
documento, y los debates sobre el informe de Skempton, Toms y Rodin,
conforman la base de la mayoría de las técnicas todavía en uso, en la
investigación de sitio en el Reino Unido.
En 1953, Terzaghi dijo en relación con la investigación de sitio que
"hemos adquirido todos los conocimientos necesarios para una
interpretación racional de los datos observacionales y experimentales.
Desde 1950, han tenido lugar cuatro principales cambios. En primer
lugar, muchos de los métodos presentó antes y después, fueron objeto de
críticas como consecuencia de las diferencias entre predicciones y
observaciones posteriores. En segundo lugar, un número considerable de
las lecciones aprendidas antes de 1950 han caído en el olvido: pocos
muestreadores U100 en uso hoy en día, son del nivel requerido por
Hvorslev (1949) para la toma de muestras inalteradas, y aún queda mucho
trabajo de campo sin ser supervisado por los ingenieros. En tercer
lugar, pocos ingenieros tienen experiencia o conocimiento de las
técnicas de perforación y sondeo para las investigaciones in situ, y la
mayoría de los clientes no son conscientes de la importancia de esta
parte del trabajo. Finalmente, en los últimos años se ha visto la
introducción de sofisticados y costosos métodos de ensayo y análisis por
computador, que no puede ser sensiblemente aplicados a las muestras y
las predicciones de las condiciones del suelo de
calidad indeterminada.
La 1a Conferencia de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e
Ingeniería de Fundaciones ISSMFE fue celebrada en la Universidad de
Harvard en 1936, con Karl Terzaghi como su presidente. La Conferencia
fue posible debbido a la convicción y esfuerzos del profesor
Arthur Casagrande de la Universidad de Harvard. Cerca de 200 personas
representando a 21 países asistieron a esta Conferencia. Fue a través de
la guía e inspiración de Terzaghi en el cuarto de siglo precedente que
los trabajos llegaron a la Conferencia cubriendo un amplio rango de
tópicos tales como:
- Esfuerzos efectivos
- Resistencia al corte
- Ensayos con el penetrómetro de cono holandés
- Consolidación
- Ensayos centrífugos
- Teoría elástica y distribución de esfuerzos
- Precarga para control de asentamientos
- Arcillas expansivas
- Acción de las heladas
- Terremotos y licuación de suelos
- Vibración de maquinaria
- Teoría de arco de presión de tierras
A continuación se presentan algunos aspectos destacados en el desarrollo de mecánica de suelos e ingeniería geotécnica que ocurrieron después de la 1a Conferencia de ISSMFE en 1936:
- Publicación del libro Theoretical Soil Mechanics por Karl Terzaghi en 1943 (Wiley, New York).
- Publicación del libro Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería de Karl Terzaghi y Ralph Peck en 1948 (Wiley, New York).
- Publicación del libro Fundamentos de Mecánica de Suelos de Donald W. Taylor en 1948 (Wiley, New York).
- Inicio de la publicación de Géotechnique, la revista internacional de mecánica de suelos en 1948 en Inglaterra.
- Presentación del artículo sobre concepto Ø = 0 de arcillas por A. W. Skempton en 1948.
- Publicación de artículo de AW Skempton sobre los parámetros A y B del agua de presión de poros en 1954, que hizo el cálculo de los esfuerzos efectivos más práctico para varios trabajos de ingeniería.
- Publicación del libro "La medición de las propiedades del suelo en la prueba triaxial" por A.W. Bishop y B.J. Henkel en 1957 (Arnold, Londres).
- ASCE Conferencia de Investigación sobre la Resistencia al corte de suelos cohesivos, celebrada en Boulder, Colorado, en 1960.
Después de una breve interrupción por la II Guerra Mundial, se llevó a cabo la 2a Conferencia de ISSMFE, en Rotterdam, Holanda, en 1948. Asistieron cerca de 600 participantes y se publicaron siete volúmenes de memorias. En esta conferencia, A. W. Skempton presentó el prominente artículo sobre el concepto Ø = 0 en arcillas. Las Conferencias de ISSMFE habían sido organizadas casi cada cuatro años en diferentes partes del mundo. Como consecuencia de la conferencia de Rotterdam, se gestaron Conferencias Regionales en Ingeniería Geotécnica como:
- Conferencia Regional Europea sobre Estabilidad de Taludes, Estocolmo (1954).
- 1a Conferencia Australia-Nueva Zelanda sobre Características de Cortante de los Suelos (1952).
- 1a Conferencia Pan Americanarence, Ciudad de México (1960).
- Conferencia de Investigación sobre resistencia al corte de suelos cohesivos, Boulder, Colorado, (1960).
Desde los primeros días, la profesión de la ingeniería geotécnica ha recorrido un largo camino y ha madurado. Ahora es una rama establecida de la ingeniería civil, y miles de ingenieros civiles declaran que la ingeniería geotécnica es su área de especialidad preferida.
Desde la primera conferencia en 1936, a excepción de una breve interrupción durante la Segunda Guerra Mundial, las conferencias ISSMFE se han celebrado cada cuatro años. En 1997, el nombre ISSMFE fue cambiado a ISSMGE (Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería Geotécnica) para reflejar su verdadero alcance. Estas conferencias internacionales han sido fundamentales para el intercambio de información sobre las actividades de investigación en ingeniería geotécnica nuevas y en curso.
Hasta principios de la década de 1960, los Ingenieros Geotécnicos estaban agrupados en la ISSMFE (“International Society of Soil Mechanics and Foundation Engineering”). Luego aparecieron nuevas sociedades como la ISRM (“International Society for Rock Mechanics”) en 1962 y la IAEG (“International Association of Engineering Geology”) en 1970.
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| Conferencias ISSMFE (1936 –1997) e ISSMGE (1997–2009) |
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| Presidentes de las Conferencias ISSMFE (1936 –1997) e ISSMGE (1997–2009) |
Comités Técnicos ISSMGE entre 1997–2001 (basados on Ishihara, 1999)
Comité N° / Nombre de Comité
TC-1 Instrumentación para Monitoreo Geotécnico
TC-2 Prueba Centrifuga
TC-3 Geotecnia de Pavimentos y vías de ferrocarril
TC-4 Ingeniería Geotécnica de Terremotos
TC-5 Geotecnia Ambiental
TC-6 Suelos no saturados
TC-7 Escombreras (o presas de relaves)
TC-8 Heladas
TC-9 Geosintéticos y reforzamiento del suelo
TC-10 Caracterización Geofísica del sitio
TC-11 Deslizamientos
TC-12 Validación de la simulación por computador
TC-14 Ingeniería Geotécnica Marina (u Offshore)
TC-15 Turbas y suelos orgánicos
TC-16 Caracterización de las propiedades del suelo de ensayos in-situ
TC-17 Mejoramiento del suelo
TC-18 Fundaciones en pilas
TC-19 Preservación de Sitios Históricos
TC-20 Práctica Profesional
TC-22 Suelos endurecidos y rocas blandas
TC-23 Ingeniería Geotécnica de Diseño del Estado Límite
TC-24 Muestreo de suelos, evaluación e interpretación
TC-25 Suelos tropical y residuales
TC-26 Sedimentos calcáreos
TC-28 Construcción subterránea en suelos blandos
TC-29 Prueba de esfuerzo-deformación de Geomateriales en el Laboratorio
TC-30 Ingeniería Geotécnica de Costas
TC-31 Educación en Ingeniería Geotécnica
TC-32 Evaluación y manejo de Riesgos
TC-33 Socavación de las fundaciones
TC-34 Deformación de los Materiales Terrestres
En resumen, el desarrollo de la ciencia de la Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones del año 1925 en adelante fue fenomenal. Terzaghi estableció los procedimientos definitivos en su libro publicado en 1925 para determinar las propiedades y las características de resistencia de los suelos. La Mecánica de Suelos moderna nació en 1925. La etapa actual de los conocimientos en mecánica de suelos y procedimiento de diseño de las fundaciones son en su mayoría debido a las obras de Terzaghi y su grupo de dedicados colaboradores.
Comité N° / Nombre de Comité
TC-1 Instrumentación para Monitoreo Geotécnico
TC-2 Prueba Centrifuga
TC-3 Geotecnia de Pavimentos y vías de ferrocarril
TC-4 Ingeniería Geotécnica de Terremotos
TC-5 Geotecnia Ambiental
TC-6 Suelos no saturados
TC-7 Escombreras (o presas de relaves)
TC-8 Heladas
TC-9 Geosintéticos y reforzamiento del suelo
TC-10 Caracterización Geofísica del sitio
TC-11 Deslizamientos
TC-12 Validación de la simulación por computador
TC-14 Ingeniería Geotécnica Marina (u Offshore)
TC-15 Turbas y suelos orgánicos
TC-16 Caracterización de las propiedades del suelo de ensayos in-situ
TC-17 Mejoramiento del suelo
TC-18 Fundaciones en pilas
TC-19 Preservación de Sitios Históricos
TC-20 Práctica Profesional
TC-22 Suelos endurecidos y rocas blandas
TC-23 Ingeniería Geotécnica de Diseño del Estado Límite
TC-24 Muestreo de suelos, evaluación e interpretación
TC-25 Suelos tropical y residuales
TC-26 Sedimentos calcáreos
TC-28 Construcción subterránea en suelos blandos
TC-29 Prueba de esfuerzo-deformación de Geomateriales en el Laboratorio
TC-30 Ingeniería Geotécnica de Costas
TC-31 Educación en Ingeniería Geotécnica
TC-32 Evaluación y manejo de Riesgos
TC-33 Socavación de las fundaciones
TC-34 Deformación de los Materiales Terrestres
Karl Terzaghi en su artículo de 1951 (Bjerrum, et. Al., 1960), sobre "La Influencia de los estudios modernos de suelos en el Diseño y Construcción de Fundaciones", comentó respecto de las fundaciones lo siguiente:
"Las fundaciones puede describirse adecuadamente como un mal
necesario. Si un edificio se va a construir sobre un afloramiento de
roca sólida, no se requiere cimentación. Por lo tanto, en contraste con
el edificio en sí, que satisface necesidades específicas, apela al
sentido estético, y llena sus espacios con orgullo, las cimentaciones
sólo sirven como remedio para las deficiencias de cualquier capricho que
la naturaleza haya previsto para el apoyo de la estructura en el lugar
que ha sido seleccionado. Teniendo en cuenta que la gloria no acompaña a
las cimentaciones, y que las fuentes del éxito o el fracaso se ocultan
profundamente en el suelo, las cimentaciones siempre han sido tratadas
como hijastros, y sus actos de venganza por la falta de atención pueden
ser muy embarazosos."
Las observaciones formuladas por Terzaghi son muy importantes y deben
ser consideradas por todos los Arquitectos e Ingenieros. Los arquitectos
o ingenieros que no deseen hacer uso del creciente conocimiento en el
diseño de fundaciones no están prestando ejercicio fiel a su profesión.
Debido a que las subestructuras son tan importantes como las
superestructuras, las personas bien calificadas en el diseño de
subestructuras siempre deben ser consultadas y el antiguo proverbio de
que una "una puntada a tiempo ahorra nueve" siempre debe tenerse en cuenta.
El diseño de fundaciones es una rama de la Ingeniería Civil. La
experiencia ha demostrado que la mayoría de estas ramas han pasado en
sucesión por dos etapas, la empírica y la científica, antes de llegar a
la actual que puede llamarse la etapa de madurez. La transición de la
ingeniería de fundaciones de la etapa empírica a la científica se inició
a comienzos del siglo XX. El diseño de fundaciones en la etapa empírica
se basó principalmente en la intuición y la experiencia. Solía haber
muchos fracasos ya que el procedimiento de diseño era sólo por ensayo y
error.
La contribución de Terzaghi para el desarrollo de la Mecánica de Suelos e
Ingeniería de Fundaciones es tan grande que él verdaderamente puede ser
llamado el Padre de la Mecánica de Suelos, y su actividad se
extendió por un período de cerca de 50 años a partir del año 1913. Su
impresionante carrera está bien documentada en el libro "De la Teoría a la Práctica de Mecánica de Suelos" (Bjerrum, L., et. Al., 1960).
Terzaghi definió la Mecánica de
Suelos de la siguiente manera:
La Mecánica de Suelos es la aplicación de las leyes de la mecánica e
hidráulica a los problemas de la ingeniería relacionados con los sedimentos y
otras acumulaciones no consolidadas de partículas sólidas producidas por la
desintegración mecánica y química de las rocas, independientemente de si contienen
o no una mezcla de componentes orgánicos.
El término Mecánica de Suelos se
acepta ahora generalmente para designar la disciplina de la ciencias de la
ingeniería que se ocupa de las propiedades y el comportamiento del suelo como
material estructural.
Todas las estructuras se construyen
sobre los suelos. Nuestro principal objetivo en el estudio de la mecánica de
suelos es establecer ciertos principios, teorías y procedimientos para el
diseño de una estructura sana y salva. El tema de la Ingeniería de Fundaciones se
ocupa del diseño de varios tipos de subestructuras bajo el suelo y diferentes
condiciones ambientales.
Muchos investigadores en el campo de la Mecánica de Suelos fueron
inspirados por Terzaghi. Algunas de las notables personalidades que
siguieron sus pasos son Ralph B. Peck, Arthur Casagrande, Alec W
Skempton, etc. Debido a los incesantes esfuerzos de estos y otros
innumerables investigadores, la Mecánica de Suelos e Ingeniería de
Fundaciones ha llegado para quedarse como una parte muy importante de la
Ingeniería Civil.
En la era científica actual, el diseño de fundaciones basado en análisis
científicos ha recibido mucho ímpetu. Las teorías se han desarrollado
sobre la base de las propiedades fundamentales de los suelos. Aún se
puede evidenciar un desempeño insatisfactorio de algunas estructuras
construidas incluso sobre principios científicos. Las razones de tan
pobre comportamiento son muchas. La masa del suelo sobre el que se
construirá una estructura es de carácter heterogéneo y ninguna teoría
puede simular la condiciones de campo. La propiedades fundamentales del
suelo que determinamos en los laboratorios pueden no reflejar realmente
las propiedades del suelo in situ. Una combinación de juicio entre la
teoría y la experiencia es esencial para el desempeño exitoso de toda
estructura construida sobre el terreno. Otro método que está ganando
popularidad es el enfoque observacional. Este procedimiento consiste en
hacer observaciones pertinentes con suficiente anticipación durante la
construcción para detectar signos de distanciamiento entre las
condiciones reales y las asumidas por el diseñador y proceder a
modificar el diseño o el método de construcción de acuerdo a los
resultados.
La Ingeniería Geotécnica ha seguido progresando y se han realizado
importantes avances en nuevas áreas tales como la aplicación del método
de elementos finitos para resolución problemas geotécnicos, la
comprensión del comportamiento de pilas y geotecnia en alta mar. El
efecto de la globalización también ha introducido nuevos desafíos a los
ingenieros geotécnicos donde la comprensión de la Mecánica de Suelos
básica, es importante para complementar la experiencia local en las
obras en diferentes partes del mundo.
En resumen, el desarrollo de la ciencia de la Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones del año 1925 en adelante fue fenomenal. Terzaghi estableció los procedimientos definitivos en su libro publicado en 1925 para determinar las propiedades y las características de resistencia de los suelos. La Mecánica de Suelos moderna nació en 1925. La etapa actual de los conocimientos en mecánica de suelos y procedimiento de diseño de las fundaciones son en su mayoría debido a las obras de Terzaghi y su grupo de dedicados colaboradores.
El término 'Geotecnología' fue probablemente introducido
por primera vez por R. Glossop cuando presentó la Octava Conferencia de
Rankine en 1968. Los ingenieros de Asia también han contribuido
significativamente a la práctica de la ingeniería geotécnica y algunos
nombres notables incluyen a Kenji Ishihara, Chin Fung Kee, Za-Chieh Moh,
AS Balasubramaniam, E. W. Brand y Lee Seng.
La evolución de la teoría de la capacidad portante
La evolución de la teoría de la capacidad portante
La determinación de la capacidad portante del suelo,
basada en la teoría de presión de tierras clásica de Rankine (1857) se
inició en 1857 con G.E.Pauker, un ingeniero militar ruso (1889) (en "An explanatory report on the project of a sea-battery" (in Russian), Journal of the Ministry of Ways and Communications, St. Petersburg,), quien fue el primero
en proponer una fórmula analítica para determinar la estabilidad de
cimientos, en la que la profundidad de la fundación fue reemplazada por
una sobrecarga equivalente; y fue modificada por Bell (1915). La teoría
de Pauker era aplicable sólo para los suelos arenosos, pero la teoría de
Bell tomó en cuenta también la cohesión. Ninguna teoría tuvo en cuenta
el ancho de la fundación. La evolución posterior dio lugar a la
modificación de la teoría de Bell para incluir también el ancho de una
zapata.
Los métodos de cálculo de la capacidad de carga última de zapatas
superficiales alargadas por la teoría plástica se desarrolló
considerablemente en los años transcurridos desde que Terzaghi (1943)
propuso por primera vez un método, teniendo en cuenta el peso del suelo
por el principio de superposición. Terzaghi extendió la teoría de
Prandtl (1921). Prandtl desarrolló una ecuación basada en su estudio de
la penetración de un punzón metálico largo y duro en materiales más
blandos para el cálculo de la capacidad de carga máxima. Supuso que el
material no pesaba y que solamente poseía cohesión y fricción. Taylor
(1948) extendió la ecuación de Prandtl, considerando el efecto de la
sobrecarga del suelo sobrecargado a nivel de cimentación.
No existe en la actualidad una solución analítica exacta disponible,
para calcular la capacidad de soporte de las zapatas, debido a que el
sistema básico de ecuaciones que describen los problemas de cedencia no
es lineal. Por las anteriores razones, Terzaghi (1943) propuso por
primera vez una ecuación semi-empírica para calcular la capacidad de
carga última de zapatas alargadas, teniendo en cuenta la cohesión, la
fricción y el peso del suelo, y reemplazando la presión de sobrecarga
con una sobrecarga equivalente al nivel de la base de la fundación. Este
método fue para la condición de falla de corte general y el principio
de superposición fue adoptada. Su trabajo era una extensión de la obra
de Prandtl (1921). La forma final de la ecuación propuesta por Terzaghi
es la misma que la dada por Prandtl.
Con posterioridad a la obra de Terzaghi, muchos investigadores se
interesaron en este problema y presentaron sus propias soluciones. Sin
embargo, la forma de la ecuación presentada por todos estos
investigadores se mantuvo la misma que la de Terzaghi, pero sus métodos
de determinación de los factores de capacidad portante eran diferentes.
La mecánica de suelos es la teoría de la base natural del suelo; su
papel entre las ciencias de la ingeniería es enorme y solo puede ser
comparado con la "resistencia de materiales". Sin el conocimiento
de los principios de la mecánica de suelos, es imposible diseñar
correctamente las modernas estructuras industriales, edificios de
apartamentos, especialmente los más altos; autopistas, y estructuras
hidráulicas.
El uso de la mecánica de suelos permite la completa utilización de la
capacidad portante de los suelos, y un cálculo más acertado de las
deformaciones de los suelos de apoyo, bajo el efecto de las cargas
externas aportadas por las estructuras, y así se obtienen soluciones no
sólo económicas, sino confiables.
La contribución de los científicos soviéticos
al desarrollo general de la mecánica de suelos, como una de las áreas
más complejas en la mecánica del medio continuo, y la base científica de
la ingeniería de fundaciones, fue excepcionalmente grandiosa. La
complejidad de los problemas estudiados por la mecánica de suelos, se
debe al hecho de que el suelo es un medio disperso, y en sus poros hay
atrapados gas y agua. Las deformaciones en el suelo no sólo ocurren
instantáneamente, y las propiedades del suelo cambian cuando es
compactado por una sobrecarga. Las leyes de deformación de suelos
arcillosos o arenosos, congelados o hundidos, son diferentes en muchos
aspectos. El suelo de base es usualmente estratificado, irregular, con
nivel de agua subterránea variable, y está frecuentemente sujeto al
efecto de las fuerzas hidrodinámicas.
Las investigaciones en el área de los cimientos de las estructuras
comenzaron Rusia antes de la Gran Revolución de Octubre. Es necesario
aclarar que el primer curso de cimientos y fundaciones fue publicado en
San Petersburgo en 1869 por V.M. Karlovich. El método de investigación
de la pérdida estabilidad de cimientos que fue propuesto por V.I.
Kurdyumov en 1891 es ampliamente utilizado por los científicos
soviéticos y extranjeros aún hoy en día: G.E. Pauker (1889) y S.I.
Belzetskii (1914) desarrollaron teorías simplificadas de estabilidad, y
P.A. Minyaev (1914) fue el primero en proponer el uso de la teoría de
elasticidad para determinar deformaciones del terreno, que
posteriormente fueron ampliamente empleadas en la práctica el diseño.
Sin embargo, el vigoroso y acompasado desarrolló de la mecánica de
suelos, comenzó durante la era soviética cuando los equipos de
científicos exhibieron oportunidades sin precedentes en el desarrollo de
sus investigaciones.
En 1923, N.P. Puzyreskii publicó el libro "Cálculos de Fundaciones",
que presentó los métodos más avanzados de calcular vigas sobre una base
continua entre otros métodos que utilizaban la hipótesis del módulo de
reacción de la subrasante.
El denominado método de condiciones iniciales, luego fue ampliamente
desarrollado por el Profesor A.N. Krylov (1930) y otros investigadores
soviéticos, ampliamente término los métodos para calcular vigas sobre
una base elástica más amplia. En el libro "Fundaciones" (1934),
N.P. Puzyreskii investigó ampliamente las oportunidades ofrecidas para
estudiar procesos en el suelo utilizando la teoría de la elasticidad. Su
pupilo el Profesor I.V. Yaropol'skii desarrolló sus ideas aún más.
Dentro de la evolución de la Ingeniería Geotécnica, primero apareció y
se desarrolló la práctica y luego se fueron sumando los descubrimientos y
avances científicos dentro del esquema de teoría y análisis. De esta
manera, en el siglo XIX no existía una aproximación científica o
sistemática a los problemas de fundaciones, y hasta había cierta
reluctancia a aceptar los conocimientos científicos (Glossop, 1968).
En la edición del 60avo aniversario de la revista especializada Geotechnique,
se recopiló la influencia de esa publicación en el desarrollo de las
ideas geotécnicas, clarificando el estado del arte desde el siglo XIX
(Chrimes, 2008). Se indicó que el peso del desarrollo tecnológico ha
sido muy importante y se continúa en la actualidad (Glossop, 1968).
Muchos desarrollos se han realizado empíricamente, para luego ser
interpretados teóricamente, como se presenta en la siguiente tabla.
Hay ejemplos significativos, como la aplicación de la compactación dinámica en suelos finos, que a priori
era considerada como imposible por sus propios creadores, y en donde la
experimentación motivó un cambio en la concepción teórica del fenómeno y
la formulación de nuevos modelos para entenderlo (Menard y Broise,
1976).
AÑO
|
DESARROLLO
|
FUENTE
|
1779
|
Coulomb inventó el cajón a aire comprimido
|
Glossop 1968
|
1802
|
Berigny inventó la inyección en aluviones
con arcilla y cal hidráulica
|
Glossop 1968
|
1802
|
Rennie utilizó vapor en piloteadora
|
Hussein & Goble 2004
|
1811
|
Telford aplicó precarga para reducir
asentamientos en arcilla
|
Glossop 1968
|
1827
|
Telford introdujo la idea del núcleo
arcilloso en presas.
|
Glossop 1968
|
1830
|
Cochrane empleó el cajón con la válvula de
aire
|
Glossop 1968
|
1835
|
Pilotes con camisa de acero en Inglaterra
|
Hussein & Goble 2004
|
1839
|
Primer ensayo de carga de pilotes en USA
|
Hussein et 2004
|
1841
|
Triger estudió efectos del aire comprimido
sobre la salud
|
Glossop 1968
|
1843
|
Naysmyth inventó el martinete a vapor (Escocia)
|
Hussein & Goble 2004
|
1846
|
Clarke, Freeman y Varley usaron martinete a aire comprimido en
Inglaterra
|
Hussein & Goble 2004
|
1852
|
Michoux estudió el congelamiento de suelos
|
Glossop 1968
|
1860
|
Se funda Keller (Alemania)
|
Keller
|
1865
|
Tratamiento de pilotes de madera con creosota en USA
|
Hussein & Goble 2004
|
1866
|
Jacob: presas con taludes 3:1 para aguas
arriba y 2:1 para taludes aguas abajo
|
Glossop 1968
|
1867
|
Hawkesley introdujo la inyección con
cemento para presas en roca
|
Glossop 1968
|
1867
|
Vulcan desarrolló su martinete a vapor en USA
|
Hussein & Goble 2004
|
1883
|
Stephenson aplicó el rebatimiento de agua
subterránea por medio de pozos
|
Glossop 1968
|
1888
|
Formula Engineering News
para pilotes hincados
|
Hussein & Goble 2004
|
1893
|
Grandes Cajones excavados a mano en Chicago
|
Hussein & Goble 2004
|
1893
|
Mckiernan-Terry construyó el martinete de doble acción (USA)
|
Hussein & Goble 2004
|
1893
|
Raymond usó pilotes hormigonados in situ en USA
|
Hussein & Goble 2004
|
1896
|
Hennebique usó pilotes prefabricados en Francia
|
Hussein & Goble 2004
|
1908
|
Raymond empleó pilotes prefabricados en USA
|
Hussein & Goble 2004
|
1908
|
Bethlehem introdujo pilotes H de acero en USA
|
Hussein & Goble 2004
|
1908
|
Frankignoul inventó el pilote Franki en Bélgica
|
Hussein & Goble 2004
|
1910
|
Primer ensayo estático de pilares en Chicago
|
Hussein & Goble 2004
|
1913
|
ASCE creó el Comité de Fundaciones
|
Hussein & Goble 2004
|
1926
|
Delmag inventó el martinete a explosión (mezcla de benzol)
|
Hussein & Goble 2004
|
Durante el siglo XX, la Ingeniería Geotécnica, también, como producto de
accidentes, guerras o decisiones políticas, tuvo importantes avances,
algunos de los cuales merecen ser mencionados:
 |
| Ejemplos de avances en la Ingeniería Geotécnica, producto de accidentes, guerras o decisión política |
James K. Mitchell, durante su conferencia "Current Problems And New Directions In Geotechnical And Geoenvironmental Engineering"
durante el lanzamiento del Nottingham Centre for Geomechanics, de
la Universidad de Nottingham, en el Instituto Virginia Tech, presentada
el 26 de septiembre de 2002, efectúa a través de un mapa mental, basado
en una trascendetal premisa, un pormenorizado recuento del
estado-del-arte de la práctica de la Ingeniería Geotécnica a nivel
mundial, que se considera aún vigente. La premisa o punto de partida es
la siguiente:
Para entender dónde estamos y ayudar a predecir hacia dónde vamos, es útil revisar en dónde hemos estado.
A continuación, a manera de mapa mental en sucesión de ideas, se
describe la evolución de la Ingeniería Geotécnica, incluyendo destacados
aspectos que han evolucionado hacia una rama de gran importancia hacia
finales del siglo XX, la Ingeniería Geotécnica Ambiental y la
Geotecnología.
HITOS DESTACADOS EN EL DESARROLLO DE LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA
Antes de 1940 - Karl Terzaghi
Después de la Segunda Guerra Mundial: las demandas políticas y sociales para:
- Las nuevas estructuras e instalaciones
- Protección y mejora del medio ambiente
- Nuevos recursos
- La mitigación de los riesgos de desastres naturales
LA MECANICA DE SUELOS Y LA EDUCACIÓN EN INGENIERÍA DE FUNDACIONES EN 1949
Alcance del campo limitado principalmente a:
- Clasificación de Suelos
- Capilaridad y flujo
- Análisis de esfuerzos por teoría de la elasticidad
- Consolidación y análisis de asentamientos
- Resistencia al corte
- Estabilidad de taludes
- Presiones laterales
- Capacidad portante
- Cimentaciones superficiales y profundas
- Amplio énfasis en las arcillas y arenas saturadas
DESARROLLOS ENTRE 1950 - 1960
- Estabilidad de taludes
- Resistencia al corte
- Estructura del suelo, causas de la sensibilidad en las arcillas
- Propiedades de las arcillas compactadas
- Diseño de pavimentos
- Estabilización de suelos
- Carga transitoria
DESARROLLOS ENTRE 1960-1970
- Presión de poros, análisis bajo esfuerzo efectivo
- Fenómenos físico-químicos
- Mecánica de Rocas
- Aplicaciones informáticas
- Análisis de elementos finitos
- Interacción suelo-estructura
- Dinámica del Suelo
- Licuefacción
- Presas de tierra y enrocados (escolleras)
- Proyectos en alta mar, regiones heladas y lunares
DESARROLLOS ENTRE 1970-1980
- Modelos constitutivos
- Ensayos in situ
- Suelos expansivos
- Dinámica del Suelo
- Pruebas Centrífugas
- Suelos parcialmente saturados
- Ingeniería geotécnica sísmica
- Construcción subterránea
DESARROLLOS ENTRE 1980-1990
- Riesgo y confiabilidad
- Aguas subterráneas y geohidrología
- Ingeniería geoambiental
- Geosintéticos
- Tierra reforzada
- Mejoramiento del suelo
DESARROLLOS ENTRE 1990-2000
- Contenedores de residuos
- Rehabilitación de sitios
- Mitigación del riesgo sísmico
- Recuperación de tierras
- Infraestructura
- Aplicaciones geofísicas
- Sistemas de información geográfica SIG
CONTRIBUCIONES MÁS SIGNIFICATIVAS DE LA INVESTIGACIÓN EN EL REINO UNIDO ENTRE 1950 - 2000
- Mecánica de suelos del estado crítico
- Deformaciones menores y rigidez no lineal
- Ensayos triaxiales bajo esfuerzos efectivos
- Análisis numérico
- Modelado centrífugo
- Efectos de la estructura y la fábrica
- Esfuerzos residuales en suelos OC
- Suelos parcialmente saturados
- Análisis de esfuerzos efectivos en taludes y estructuras de contención
- Mediciones de campo en el BRE (Building Research Establishment)
SITUACIÓN EN EL SIGLO XXI
ÁMBITO DE LA GEOTECNOLOGÍA
- Ingeniería Geotécnica
- Geología e ingeniería geológica
- Geofísica
- Geoquímica
- Geohidrología
- Sismología
- Ingeniería Civil
- Minería e ingeniería mineral
- Ingeniería del petróleo
- Ciencia y tecnología de la información
PROYECTOS Y PROBLEMAS
- Fundaciones para todo tipo de estructuras
- Infraestructura de transporte (carreteras, aeropuertos, ferrocarriles, puertos y subterráneos)
- La recuperación de tierras
- Seguridad sísmica - mitigación del riesgo sísmico
- Recuperación de Recursos
- Energía
- Conservación y restauración de estructuras antiguas
- Disposición y eliminación de residuos
- Rehabilitación de sitios y mejoramiento del medio ambiente
- Suelos y rocas como material de construcción
- Profundidades oceánicas, regiones heladas, espacio exterior
- Protección de amenazas naturales y reducción de riesgos (deslizamientos, tornados, huracanes, tsunamis, inundaciones, suelos expansivos, etc.)
NUEVAS TECNOLOGÍAS Y MATERIALES
- Tierra reforzada
- Mezcla de suelos profundos
- Jet grouting
- Grouting de compactación
- Geosintéticos
- Micro-pilotes
- Micro-túneles
- Geocompuestos
- Métodos geofísicos
INVASIVIDAD DE LAS MEDICIONES (en orden descendente de
invasividad)
Medición
|
Método
|
Satélites, aeronaves
|
Helicóptero
|
Caminar sobre suelo
|
Perturbación, <1m
|
Perturbación, <100 m
|
Percepción remota, fotografías
|
Percepción remota,
electromagnetismo, magnetismo
|
Magnetismo, gravedad, GPR,
conductividad
|
Sísmica, resistividad,
muestreo: geoquímico, biológico, de suelos
|
Penetrómetros; sondeos y
muestras, mediciones de fondo de pozos, tomografía
|
Caracterización de subsuelo para:
- Eliminación de residuos, contención, recuperación
- Construcción de infraestructura
Localización de:
- Cavidades
- Recursos naturales
- Servicios subterráneos
- Minas terrestres enterradas y municiones sin estallar
Monitoreo a:
- Movimientos del terreno
- Decadencia de la infraestructura
Investigaciones arqueológicas o forenses
Búsqueda y rescate
NUEVAS REALIDADES EN LA PRÁCTICA DE INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN
ALGUNAS NECESIDADES DEL CONOCIMIENTO
TEMAS EN LOS QUE SE HA VENIDO PROFUNDIZANDO RECIENTEMENTE
- Cavidades
- Recursos naturales
- Servicios subterráneos
- Minas terrestres enterradas y municiones sin estallar
Monitoreo a:
- Movimientos del terreno
- Decadencia de la infraestructura
Investigaciones arqueológicas o forenses
Búsqueda y rescate
NUEVAS REALIDADES EN LA PRÁCTICA DE INGENIERÍA Y CONSTRUCCIÓN
- Participación pública
- Asuntos legales y regulatorios
- Salud y Seguridad
- Decisión y análisis de riesgos
- Sustitución de la práctica de diseño-licitación-construcción la de diseño-construcción
- Cuestionable relación costo/beneficio
- Economías en dificultades
- Objetivos mal definidos
ALGUNAS NECESIDADES DEL CONOCIMIENTO
- Licuefacción y predecir sus consecuencias
- Evaluación de terrenos mejorados
- Predicción de deformaciones
- Trabajo con terrenos difíciles
- Capacidad portante de fundaciones
- Caracterización de sitios mejorados
- Modelos constitutivos (¡siempre!)
TEMAS EN LOS QUE SE HA VENIDO PROFUNDIZANDO RECIENTEMENTE
- Pilotes y pilas perforadas
- Ingeniería geotécnica sísmica y licuefacción
- Comportamiento constitutivo, mecánica
- Mejoramiento del suelo y estabilización
- Propiedades y comportamiento
- Micro-mecánica
- Transporte de contaminantes
- Estabilidad
- Geosintéticos
- Presiones laterales, excavaciones
- Otros
ALGUNAS NUEVAS FRONTERAS DE LA INGENIERÍA GEOTÉCNICA
PROBLEMAS SIN RESOLVER MÁS IMPORTANTES
INVESTIGACIÓN DE ALTA REMUNERACIÓN EN EL 2010
Los desafíos de la Ingeniería Geotécnica son muchos, las oportunidades para marcar la diferencia son grandes, y se requieren importantes esfuerzos para liderar el camino en los momentos emocionantes e impredecibles que quedan por delante.
Sucesores de la Ingeniería Geotécnica- Micro-mecánica
- Nanotecnología
- Procesos biológicos
- "Observar dentro del suelo" ('Seeing into the earth')
- Materiales inteligentes
- Auto-monitoreo y sistemas de corrección
- ¿Qué es el suelo?
- ¿Cómo responde a diferentes estimulos?
- ¿Por qué se responde de esta manera?
- ¿Cómo relacionamos las respuestas a estas preguntas con el problema o proyecto en cuestión?
- Cambio de volumen
- Esfuerzo-deformación
- Resistencia
- Conductividad hidráulica (y sus cambios con el tiempo)
PROBLEMAS SIN RESOLVER MÁS IMPORTANTES
- Mercantilización de los servicios
- Reducir la brecha entre "el estado de la práctica" y "estado del conocimiento" - transferencia rápida de los mejores resultados de la investigación a la práctica
- Comportamiento sísmico de estructuras de tierra
- Los desplazamientos de las estructuras de tierra durante y después de la construcción
- Caracterización y diseño de materiales comprendidos entre el suelo y la roca
- Efectos del tiempo suelos alterados
- Caracterización de sitio mejorados
- Cómo generalizar y simplificar la disciplina
INVESTIGACIÓN DE ALTA REMUNERACIÓN EN EL 2010
- Ensayos in situ más rápidos, más económicos, y más confiables
- Métodos rápidos de evaluación/caracterización/investigación de sitio
- Métodos de análisis de alto nivel más baratos, y más fáciles de usar
- Nuevas y mejores tecnologías de mejoramiento del terreno
- Cómo aplicar los SIG y la WWW, para maximizar el valor de nuestra base de conocimientos colectivos
- Implementación en el Siglo XXI del Método Observacional - integración en tiempo real de observaciones, datos de pruebas, análisis y diseño durante la construcción
Los desafíos de la Ingeniería Geotécnica son muchos, las oportunidades para marcar la diferencia son grandes, y se requieren importantes esfuerzos para liderar el camino en los momentos emocionantes e impredecibles que quedan por delante.
Continuando el trabajo iniciado por Karl Terzaghi y los precursores de
la mecánica de suelos anteriores a él, se desarrolló una escuela de
importantes investigadores, que contribuyeron a enriquecer aún más la
Ingeniería Geotécnica, tal y como la conocemos en la actualidad.
Nació en Austria el 28 de agosto de 1902. Renombrado por sus diseños
ingeniosos de aparatos de prueba del suelo y la investigación
fundamental sobre la filtración y licuefacción del suelo, también le
acreditan el desarrollo del programa de enseñanza de la mecánica del
suelo en Universidad de Harvard a comienzos de los años 1930s,
continuado desde entonces en muchas universidades alrededor del mundo.
A los 22 años (en 1924), Casagrande obtiene su título de ingeniería
civil en la ciudad de Vienna. Luego de eso permanece en la universidad
como asistente a tiempo completo del laboratorio de hidráulica. Después
de la primera guerra mundial no había mucha oferta de trabajo para el
campo de la ingeniería civil, esto y la muerte de su padre provocaron
que Casagrande decidiera emigrar hacia los Estados Unidos. Estando allí
visitó el MIT (Massachusetts Institute of Technology) para una entrevista de trabajo, donde conoció a Karl Von Terzaghi,
el cual inmediatamente le dio empleo como su asistente privado. Pronto
se convirtió en la mano derecha de Terzaghi, quien fue su más grande
inspiración. Desde 1926 hasta 1932, Casagrande trabajó junto a terzaghi
en diversas investigaciones de técnicas y aparatos para el estudio de
los suelos, todas estas investigaciones pertenecían al MIT. En 1929
ambos (Casagrande y Terzaghi) viajan a Vienna para instalar lo que sería el más grande centro de investigación de la mecánica de suelos.
Regresa por su propia cuenta a los Estados Unidos y, desde MIT, se
convierte en un pionero haciendo grandes aportes a la mecánica de
suelos, como son: la copa de Casagrande para determinar el límite
líquido, la prueba del hidrómetro, fue el primero en conducir la prueba
de cortante triaxial, entro otros. Es seguro asumir que la "línea A" en
la carta de plasticidad es por el nombre de Arthur.
En 1932 ingresa a la universidad de Harvard, donde comienza el programa
de mecánica de suelos y fundaciones. Todos los programas de esta materia
a nivel mundial adoptan el mismo formato de este que ideó Casagrande,
y por eso se le reconoce, después de Terzaghi, como la figura más
relevante de la mecánica de suelos. Casagrande sirvió de inspiración
para muchos ingenieros geotécnicos importantes de la historia. Aunque
también se le da crédito a Terzaghi por los avances producidos en
Harvard, fue Casagrande quien en realidad desarrolló los programas que
hoy en día se utilizan.
En 1936 organizó la primera conferencia de mecánica de suelos e
ingeniería de fundaciones, algo que Terzaghi consideró como demasiado
debido al poco tiempo que tenía dicha ciencia. Sin embargo después de
esta conferencia, la mecánica de suelos se vuelve una parte esencial de
la ingeniería civil, y se considera este periodo como la formación de la
mecánica de suelos moderna. El trabajo de Casagrande en Harvard duró
alrededor de cuatro décadas, en las cuales publicó numerosas
publicaciones.
Las contribuciones de Casagrande a la mecánica de suelos le fueron
reconocidas otorgándole el “Rankine Lecturer” por la Asociación de
Ingenieros civiles del Reino Unido, y también recibió el primer premio
“Terzaghi Lecturer” por la ASCE (American Society of Civil Engineers).
Durante su estadía en Harvard fue presidente de la Sociedad
Internacional de Mecánica de Suelos y Cimentaciones. También sirvió como
presidente del ISSMFE (International Society for Soil Mechanics and
Fundation Engineering) en los años 1960. Escribió más de cien notas de
investigación e informes sobre muchos grandes temas, desde asentamientos
hasta cargas dinámicas en suelos.
Arturo Casagrande muere a la edad de 79 años el 6 de septiembre del año
1981 y se considera hoy en día junto con Terzaghi el padre de la
mecánica de suelos moderna.
Nació en Winnipeg, Canadá, hijo único de padres estadounidenses, Orwin K
y Ethel Huyck Peck, el 23 de junio de 1912, y falleció de insuficiencia
cardíaca congestiva el 18 de febrero de 2008, en su casa en
Albuquerque, Nuevo México, a los 95 años. Desarrolló la práctica
totalidad de su carrera profesional en el campo de la mecánica de suelos y la ingeniería geotécnica.
La familia Peck
se mudó a los Estados Unidos cuando el joven Ralph Brazelton tenía seis
años. Recibió el grado de Ingeniero Civil del Instituto Politécnico
Rensselaer en 1934, y fue galardonado con una beca de tres años para
estudios de posgrado. La mayor parte de su trabajo de graduación fue en
las estructuras con énfasis en las matemáticas y la geología. El 14 de
junio 1937 Peck se casó con Marjorie Truby. Además, ese mismo día
completó su trabajo de grado y obtuvo un doctorado en título en
Ingeniería Civil.
Peck inicialmente creía que su campo de estudio eran las estructuras,
pero luego se centró en la ingeniería geotécnica. Tuvo la oportunidad de
trabajar con Karl Terzaghi al principio de su carrera. En varias
ocasiones Terzaghi dio Peck asesoría sobre mecánica de suelos y de hecho
influyó en su carrera. Peck y Terzaghi colaboraron en varios
manuscritos y su trabajo ha sido fundamental en la mecánica del suelo.
Peck estuvo tres décadas en la Universidad de Illinois. Durante ese
tiempo, influyó en una cantidad inimaginable de los estudiantes. También
fue muy influyente como ingeniero consultor. Allí ayudó a prácticas
pioneras en fundaciones, instalaciones de almacenamiento de mineral,
proyectos de túneles, presas y diques. El proyecto del Mar Muerto fue
una de las obras más importantes de Peck. Más tarde dijo que "No hay duda de que el Mar Muerto de trabajo es la actividad más alto vuelo de las que se había envuelto"
Ralph Peck ganó un título de Ingeniero Civil en 1934 y Doctorado en
Ingeniería Civil en 1937, ambos del Instituto Politécnico Rensselaer en
Troy, Nueva York. En 1938-39 asistió al curso de Mecánica de Suelos
en la Universidad de Harvard y fue un asistente de laboratorio de
Arthur Casagrande, encargado de dictarlo. De 1939 a 1942 Peck fue
ingeniero asistente del Metro de la ciudad de Chicago, en representación
de Karl Terzaghi que era un consultor en el proyecto de metro de
Chicago. Se incorporó a la Universidad de Illinois en 1942, y fue
profesor de la Fundación de Ingeniería desde 1948 hasta 1974. Desde
1974, el profesor Peck fue profesor emérito de la Universidad de
Illinois, y consultor en ingeniería geotécnica.
En 1948, junto con Karl Terzaghi, Ralph Peck fue co-autor del libro de texto más influyente en la ingeniería geotécnica, Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería (Soil Mechanics In Engineering Practice). En el año 1953 con Walter E. Hanson y Thomas H. Thornburn, Peck fue co-autor del libro de texto ampliamente utilizado Ingeniería de Fundaciones (Foundation Engineering).
En 1942, el Dr. Peck se unió al Departamento de Ingeniería Civil de la
Universidad de Illinois, donde permaneció como profesor y mentor hasta
su jubilación como profesor emérito en 1974. Después de mudarse a
Albuquerque, el Dr. Peck continuó su práctica de consultoría activa, que
incluye trabajos en 44 estados de los EE.UU. y 28 países de los 5
continentes. Sus más de mil proyectos de consultoría incluyen: los
sistemas de tránsito rápido en Chicago, San Francisco, y Washington, el
sistema de oleoducto de Alaska, la Bahía de James proyectos en Quebec, y
los diques del Mar Muerto. Su último proyecto fue el puente
Rion-Antirion en Grecia.
Es autor de más de 250 publicaciones técnicas, y se desempeñó como Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones ISSMFE desde 1969 hasta 1973. En 1974, fue galardonado con la Medalla Nacional de Ciencia por el presidente Gerald Ford. Algunos de sus muchos honores incluyen la Medalla Norman, el Premio de Wellington, y el Premio a la Trayectoria Destacada en la educación de la Sociedad Americana de Ingenieros. Recibió la ASCE del OPAL, premio sobresaliente de Ingeniería Civil en el año 2005, y es el único proyecto fuera de los Estados Unidos en recibir este honor.
Es autor de más de 250 publicaciones técnicas, y se desempeñó como Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones ISSMFE desde 1969 hasta 1973. En 1974, fue galardonado con la Medalla Nacional de Ciencia por el presidente Gerald Ford. Algunos de sus muchos honores incluyen la Medalla Norman, el Premio de Wellington, y el Premio a la Trayectoria Destacada en la educación de la Sociedad Americana de Ingenieros. Recibió la ASCE del OPAL, premio sobresaliente de Ingeniería Civil en el año 2005, y es el único proyecto fuera de los Estados Unidos en recibir este honor.
Fue conocido como el padrino de la Mecánica de Suelos. Le
sobreviven su hija y su yerno-, Nancy Peck (Allen) Young, y su hijo y su
nuera-, James (Laurie) Peck, y sus nietos, Michael Young y Peck Maia.
Laurits Bjerrum
Laurits Bjerrum
Hijo de Chresten A. Bjerrum y Henrietete Krag Hansen, nació el 6 de
Agosto de 1918 en Farso Noruega y fallece el 27 de Febrero de 1973. Fue
el primer director de Instituto Geotecnico Noruego y galardonado con el
premio Terzaghi.
Recibió un título en Ingeniería Civil de la Universidad Técnica de
Copenhague, Dinamarca, en 1941. En 1951 recibió un doctorado en ciencias
de tecnología del Instituto Federal de Tecnología de Zurich, Suiza.
Mientras asistía a la Universidad Técnica de Dinamarca, trabajó en el
Laboratorio para el Harbour Work And Foundations entre 1941-1942. Fue
empleado por el Dr. Ostenfeld como Jefe de la Sección de Mecánica de
Suelos e Ingeniería de Cimentaciones de 1941 a 1947. En 1947 se
convirtió en un miembro del personal de la Erdbauabteilung der
Versuchaanstalt fur Wasserbau and Erdbau (ETH), Zurich, Suiza, y
permaneció allí hasta 1951.
Entre 1951 y 1973, fue Director de Instituto Geotécnico de Noruega en
Oslo. Dictó clases regulares en las universidades de los Estados Unidos y
Europa. Entre los lugares en los que enseñó están el MIT, Cambridge,
MA, EE.UU., Terzaghi Lecture, ASCE, y conferencia de Rankine,
Institución de Ingenieros Civiles de Londres.
Fue miembro de la institución danesa de Ingenieros Civiles, el Instituto
Noruego de Ingenieros de Caminos, miembro de la British Institution of
Civil Engineers, la Sociedad Internacional de Mecánica de Rocas, miembro
de la Academia de Ciencias de la Técnica de Dinamarca, miembro de la
Academia de Ciencias de la Técnica de Dinamarca, miembro de la Academia
de Ciencias Técnicas, Noruega, y un miembro de la Real Sociedad Noruega
de Ciencias y Letras. Se le concedió un Dr. Sc. HC de Loyola College,
Baltimore, MD, EE.UU., en 1965, el Premio Karl Terzaghi en 1971. Miembro
Honorario de la Sociedad Geotécnica de Noruega, y miembro
correspondiente del Instituto de Ingenieros Civiles de Venezuela. Fue el
sexto (6o) Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de
Suelos e Ingeniería de la Fundación en el período diciembre 1965-1969.
Murió el 27 de febrero de 1973. Bjerrum y sus colegas publicaron en NGI
una gran cantidad de reportes especialmente sobre el mecanismo de las
características de resistencia al corte, de sensibilidad de los suelos, y
la estabilidad de taludes.
Delwyn G. Fredlund
Nació en marzo de 1940 en Canadá. Ph.D., Se graduó de la Universidad de
Saskatchewan, Canadá, en 1962, 1964 y 1973, respectivamente, en la
Universidad de Alberta, Canadá en maestría y un doctorado. El Profesor
Fredlund se ha centrado en el estudio de la mecánica de suelos no
saturados, que presidió como jefe del Consejo Nacional de Ciencias
Naturales de la Fundación de Canadá (NSERC) en más de 20 proyectos
(incluidos tres proyectos clave), las Naciones Unidas y el International
Development Research Centre (IDRC), financiado por la cooperación
internacional, la Fundación Canadiense para el Desarrollo Internacional
(CIDA) financiado por dos proyectos de cooperación internacional.
Ha publicado la primera monografía Internacional de mecánica de suelos
no saturados, "Mecánica de Suelos de los suelos no saturados", con más
de 500 artículos, incluyendo las principales revistas académicas del
mundo. Se desempeñó como Jefe del Departamento de Ingeniería Civil
Ingeniería de la Universidad de Saskatchewan, Canadá (1989 - 1994),
Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e
Ingeniería Geotécnica en los miembros profesionales de mecánica de
suelos no saturados (TC6) (1990 - 2002). Profesor Honorario de la
Universidad de Saskatchewan (Profesor Emérito), y líder mundial en
revistas académicas en este campo.
Nilmar Janbu
Nilmar Janbu
El
Profesor Emérito Nilmar Janbu, reconocido erudito en la ingeniería
geotécnica en la Universidad Noruega de Ciencia y Tecnología (NTNU),
nació en 1922 y falleció en Trondheim (Noruega) el 4 de enero de 2013, a
los 91 años.Janbu estuvo activo en el trabajo geotécnico hasta hace pocos años. Era un colega querido por muchos en la comunidad geotécnica y la ingeniería en Noruega y en el extranjero, y un fabuloso educador en ingeniería geotécnica. Su entusiasmo motivó a cientos de estudiantes de ingeniería civil en NTH/NTNU para elegir la ingeniería geotécnica como su especialización.
Nilmar recibió su grado de maestría en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, EE.UU., en 1949, donde trabajó con los profesores Karl Terzaghi y Arthur Casagrande. En 1954, defendió con éxito su tesis de doctorado, también en Harvard. Nilmar Janbu se unió al NGI (Norway Geotechnical Institute) en 1952, en estrecha colaboración con Laurits Bjerrum y Kjærnsli Bjørn. Nilmar se estableció y se convirtió en el líder del departamento de NGI y los laboratorios en Trondheim. En 1961, cuando NTH (acrónimo anterior de NTNU) abrió un nuevo Departamento de Ingeniería Geotécnica en Trondheim, Nilmar fue nombrado su primer profesor.
Nilmar Janbu
se hizo internacionalmente reconocido por su trabajo dentro de la
ingeniería geotécnica. Él tenía un conocimiento profundo del
comportamiento mecánico de los suelos, y con los años desarrolló muchos
conceptos nuevos e hizo valiosas contribuciones a la solución práctica
de problemas de ingeniería geotécnica, incluyendo los asentamientos, la
estabilidad de taludes y las deformaciones. Además de su enseñanza,
trabajó también como consultor y solucionador de problemas, tanto para
organizaciones privadas como para organismos gubernamentales.El Profesor Janbu hizo numerosas contribuciones a la Ingeniería Geotécnica, pero la que probablemente es más conocida, es el análisis de estabilidad de taludes utilizando parámetros adimensionales, que es esencialmente su tesis doctoral en la Universidad de Harvard en 1954. Nilmar fue profesor invitado por todo el mundo, como Australia, Brasil, Canadá, India, Japón, China, Rusia y los EE.UU.. En 1985, impartió la prestigiosa "Conferencia Rankine" en el Imperial College de Londres. Escribió más de 130 publicaciones científicas, incluyendo entre las principales:
- Análisis de estabilidad de taludes con parámetros adimensionales, Tesis doctoral, Universidad de Harvard Soil Mechanics. Serie 46. Cambridge, EE.UU. 1954.
- Guía de soluciones prácticas en ingeniería de fundaciones (Veiledning ¿ved Løsning av Fundamenteringsoppgaver¿), con L. Bjerrum y B. Kjærnsli, NGI Publicación No 16 de 1956.
- Fundamentos de geotecnia ("Grunnlag i geoteknikk"), Tapir. Trondheim. 1970.
- Cálculos de estabilidad de taludes, en la Ingeniería de Represas de Terraplén. R. Hirschfeld (ed.). Nueva York. 1973, pp 47-86.
- Modelos de suelo en ingeniería. 25a Lectura Rankine, Geotechnique 35, No. 3, Londres. 1985, pp 241-285.
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| Carta de Estabilidad para suelos Ø=0 |
Gerald A. Leonards
El profesor
Gerald Allen Leonards nació el 29 de abril de 1921 en Montreal, Quebec, Canadá, de
padres inmigrantes rusos, y en 1960 se convirtió en un ciudadano naturalizado
de los EE.UU.
Para ganar dinero extra mientras estaba en la escuela
secundaria, entre otros trabajos, como le gustaba decir, trabajó en la fábrica
de pajillas de soda (o pitillos) de su tío. Obtuvo su licenciatura en
ingeniería civil en 1943 en la Universidad McGill en Montreal, donde se destacó
tanto en lo académico y en el atletismo. Después de su graduación (1943 a
1944), comenzó su carrera como diseñador estructural en GL Wiggs & Company
en Montreal. Luego se desempeñó como jefe de un grupo de estudio para el
Departamento Canadiense de Minas y Recursos en Ottawa (1944 a 1945) y como
ingeniero de suelos (1945 a 1946) para el Departamento de Transporte de Canadá.
En el invierno de 1944, también participó como conferencista en McGill y
presentó su primera instrucción formal en mecánica de suelos. Fue el comienzo
de una carrera ilustre.
En mayo 13
de 1945, se casó con Beryl Freed en Montreal, quien murió en septiembre 5,
1994. Al darse cuenta de la importancia del floreciente campo de la
mecánica de suelos y técnicas de cimentación, Gerald y Beryl se trasladaron en
1946 a Lafayette, Indiana, donde se unió al personal de la Universidad de
Purdue como instructor y comenzó a trabajar en estudios de postgrado con el Profesor
Ralph Fadum. Sus dos hijos, David y Helen, nacieron en Lafayette. Recibió los
grados de maestría y doctorado en ingeniería civil de Purdue en 1948 y 1952,
respectivamente. Su tesis doctoral es un trabajo seminal en la resistencia de
arcilla compactada, titulado,
"Características de resistencia de
arcillas compactadas", demostrando los efectos de la historia
de cargas previa del material.
Tuvieron un
hijo y una hija nacidos en Lafayette. El profesor Leonards murió el Sábado, 1o
de febrero de 1997.
El Maestro
Comenzó a
enseñar en la Universidad McGill en 1944 y en Purdue en 1946. El Dr.
Leonard fue ascendido al rango de profesor asistente en 1952, profesor asociado
en 1955 y profesor en 1958. Fue director de la Escuela de Ingeniería Civil de
1964 hasta 1968.
Sus conferencias fueron inspiradoras y en la vanguardia de
la profesión. Su profundo conocimiento era fenomenal. Sus cursos de Ingeniería Avanzada deFundaciones y Mecánica de Suelos Aplicada son considerados clásicos por los centenares
de exalumnos de posgrado de Purdue. El alumnado lo escogió como el "mejor
profesor de ingeniería civil" en 1976.
Fue autor o coautor de 96 trabajos profesionales que no sólo
abarcaron temas geotécnicos y de cimentaciones sino que también contribuyó a
otras áreas de la ingeniería civil. A pesar de que se retiró de la enseñanza en
1991, cuando fue nombrado profesor emérito, él siguió contribuyendo de manera
significativa al programa de investigación y desarrollo de los estudiantes de
posgrado en la Universidad Purdue.
El Investigador
Los intereses
en la investigación del porfesor Leonards fueron muy amplios e hizo
contribuciones pioneras a los conocimientos sobre la resistencia y la compresibilidad de suelos
arcillosos compactados, la resistencia y consolidación de los depósitos naturales de arcilla blanda,
agrietamiento de presas de tierra, acción de las helada, diseño de pavimentos
flexibles y rígidos, análisis de conductos enterrados, fundaciones en pilotes,
estabilidad de taludes y terraplenes en arcillas blandas, esfuerzo-deformación
y licuefacción de la arena y metodologías para la investigación de fallas. Efectuó
numerosas publicaciones a nivel nacional e internacional. Era un orador técnico
muy solicitado y dictó numerosas conferencias invitadas en congresos e
instituciones, aquí y en el extranjero. El libro sobre "Ingeniería de Fundaciones",
que editó, fue publicado por McGraw-Hill en 1962 y rápidamente se convirtió en
una referencia estándar a nivel mundial.
El Ingeniero
A lo largo
de su carrera, la visión y experiencia del Dr. Leonards fue buscada para
proyectos de movimiento de tierras y cimentaciones de todo el mundo, algunos de
los cuales implicaron la investigación de fallas. Fue miembro de la Primera
Delegación EE.UU.-URSS de Intercambio Científico en Mecánica de Suelos e
Ingeniería de Fundaciones en 1959. Fue nombrado como el único no europeo en sentarse en una comisión
oficial del Gobierno de Italia para investigar formas de estabilizar la Torre
de Pisa. El Dr. Leonard fue un participante activo en la ASCE (Life Fellow) y en
la Transportation Research Board (TRB).
En 1980 fue
honrado por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles con la presentación de
la Conferencia Terzaghi. En 1988 fue elegido miembro de la Academia Nacional de
Ingeniería y en 1989, el Dr. Leonard fue honrado por la Universidad de McGill
en Montreal, donde se convirtió en Doctor en Ciencias, honoris causa. Él
también fue presentado con el Premio Terzaghi 1989. Durante su carrera recibió
numerosos premios de las sociedades profesionales y técnicas, incluido el
máximo galardón de la ASCE, la Medalla Norman, que se adjudicó en 1965.
Los Estudiantes
Desde la
perspectiva de los estudiantes, "GAL" era un profesor dedicado e
investigador. Su filosofía geotécnica se resume en "entender la física del fenómeno". Él solía decir:
"Nosotros aprendemos más de nuestros errores que de nuestros éxitos."
Los
estudiantes admiraron sus conocimientos de ingeniería y su intuición, y la
profundidad y claridad de sus conceptos. Nunca perdió la oportunidad de
aprender más acerca de su campo y de compartir sus puntos de vista sobre los
nuevos desarrollos.
En el otoño de 1996, fue nombrado profesor adjunto en el
Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad de California, Berkeley,
además de su trabajo en la Universidad Purdue, que en ese momento se había extendido
por más de 50 años. Se estableció la beca de posgrado Gerald y Beryl Leonards, en
Ingeniería Geotécnica, en su honor en la Universidad de Purdue.
Leonards fue miembro fundador del Greater Lafayette
Press Club, un miembro de la American Contract Bridge League, un Kentucky
Colonel, miembro del Templo de Israel, afiliado a los Hijos de la sinagoga de
Abraham, y un árbitro de la Asociación Americana de Arbitraje. Otros intereses
de Jerry no académicas incluyen arqueología, puente, golf y tenis.
La Conferencia Leonards, fue establecida en la Universidad
de Purdue en su honor en el año 2003.
George Geoffrey Meyerhof
En 1946 se unió al personal de la Building Research Station cerca de Londres, Inglaterra, donde llevó a cabo una amplia investigación sobre la mecánica de suelos y los problemas de cimentaciones, especialmente en el diseño de fundaciones y la capacidad de carga de cimentaciones. En 1950 obtuvo su doctorado en ingeniería de la Universidad de Londres, y posteriormente, por sus destacadas contribuciones en este campo, la Universidad de Londres le otorgó el grado de Doctor en Ciencias en 1954. Después de emigrar a Canadá en 1953, se convirtió en ingeniero supervisor de la Oficina de Montreal de la Fundación de la Canada Engineering Corporation, donde estuvo a cargo del diseño de varios edificios, puentes y otras estructuras de ingeniería civil. En 1955 se unió a la Nueva Escocia Technical College (coocida luego como TUNS) y con el tiempo, se convirtió en Jefe del Departamento de Ingeniería Civil y Decano de Ingeniería de la Universidad Técnica de Nova Scotia en Halifax, NS, entre 1964 y 1970.
Más conocido por su trabajo en la capacidad portante de cimentaciones, fue el autor de más de 200 artículos y un libro de ponencias seleccionadas sobre temas de estructuras y mecánica de suelos, que han sido publicados por las sociedades científicas y de ingeniería en varios países, y un folleto de "Memorias de un Ingeniero Civil en la Segunda Guerra Mundial" ('Memories of a Civil Engineer in World War II').
Fue miembro de la Sociedad Real de Canadá, miembro de la Academia
Canadiense de Ingeniería y de muchas otras sociedades científicas y de
ingeniería en Canadá y en el extranjero, y un ingeniero registrado. Fue
miembro fundador de la escuela secundaria de Halifax, y un defensor de
la música y el teatro en Halifax. En 1999 fue honrado al ser nombrado
miembro de la Orden de Canadá por su distinguido servicio en la
ingeniería geotécnica. La Asociación de Ingenieros Profesionales de
Nueva Escocia le otorgó el reconocimiento más prestigioso, el Premio FH
Sexton, por sus excepcionales servicios profesionales de ingeniería,
prestados a la Provincia de Nueva Escocia. Fue galardonado en el año
2000 Becas de Honor de la Institución de Ingenieros Civiles (Reino
Unido) por sus contribuciones a la ingeniería geotécnica de renombre
mundial. Recibió la Medalla del Centenario de Canadá, la Medalla de
Plata del Jubileon de la Reina, y la Medalla de Oro del Jubileo de la
Reina por su destacado servicio a Canadá. Además, recibió la Medalla
Duggan y la Medalla Julian C. Smith del Instituto de Ingeniería de
Canadá, el Premio RF Legget de la Sociedad Geotécnica Canadiense, el
Premio de Ingeniería de la Asociación de Ingenieros Profesionales de
Nueva Escocia, y el Premio Karl Terzaghi de la Sociedad Americana de
Ingenieros Civiles por su destacada contribución a la ingeniería de
fundaciones.
Fue el primer Presidente de la Sociedad Geotécnica canadiense, miembro del Consejo del Instituto de Ingeniería de Canadá, miembro del Consejo de la Institución de Ingenieros Civiles de Gran Bretaña, Conferenciasta Terzaghi de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Conferencista Buchanan de la Texas A&M University, y Conferencista Hardy de la Sociedad Geotécnica Canadiense. La Universidad Técnica de Aachen, Alemania, otorgó al Dr. Meyerhof el grado honorario de Doctor en Ingeniería, y la Universidad de Gante, Bélgica, le otorgó el grado honorario de Doctor en Ciencias. También se le otorgó el grado honorario de Doctor en Ingeniería por la Universidad Técnica de Nova Scotia, así como Doctor Honorario en Ciencias de la Universidad McMaster, Hamilton, y la Universidad de Queen en Kingston. Recibió el Doctor honorario en Derecho por la Universidad de Concordia.
George Geoffrey Meyerhof, CM, PHD, DEnghc, DSc hc, Dr. Ing. hc, D es Sc.hc, LL D hc, Hon FICE, FEIC, Fasce, FRSC, FCAE, P. Eng. falleció el 2 de enero 2003, los 86 años, en Queen Elizabeth II Health Sciences Centre, Halifax, Canadá.
Bibliografía Seleccionada
Fue el primer Presidente de la Sociedad Geotécnica canadiense, miembro del Consejo del Instituto de Ingeniería de Canadá, miembro del Consejo de la Institución de Ingenieros Civiles de Gran Bretaña, Conferenciasta Terzaghi de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, Conferencista Buchanan de la Texas A&M University, y Conferencista Hardy de la Sociedad Geotécnica Canadiense. La Universidad Técnica de Aachen, Alemania, otorgó al Dr. Meyerhof el grado honorario de Doctor en Ingeniería, y la Universidad de Gante, Bélgica, le otorgó el grado honorario de Doctor en Ciencias. También se le otorgó el grado honorario de Doctor en Ingeniería por la Universidad Técnica de Nova Scotia, así como Doctor Honorario en Ciencias de la Universidad McMaster, Hamilton, y la Universidad de Queen en Kingston. Recibió el Doctor honorario en Derecho por la Universidad de Concordia.
George Geoffrey Meyerhof, CM, PHD, DEnghc, DSc hc, Dr. Ing. hc, D es Sc.hc, LL D hc, Hon FICE, FEIC, Fasce, FRSC, FCAE, P. Eng. falleció el 2 de enero 2003, los 86 años, en Queen Elizabeth II Health Sciences Centre, Halifax, Canadá.
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- Some recent research on the bearing capacity of foundations, Canadian Geotech. J., Band 1, 1963, S. 16-26
- Compaction of Sands and bearing capacity of piles, J. Geotech. Eng. Division ASCE, Band 85, SM 6, 1959, S.1
Nació el 19 de Agosto de 1922 en Bolton, Inglaterra y falleció el 23 de
Abril de 1989. Fue precursor de la nueva área la ingeniería sísmica
geotécnica; como la investigación que condujo a una comprensión del
comportamiento del suelo y la respuesta del suelo durante los
terremotos.
Primeros Años
Harry Bolton Seed nació en Bolton, Inglaterra, el 19 de agosto 1922, en el seno de la familia de un gerente de una fábrica de algodón. Pasó su infancia en el centro industrial de Lancashire y asistió a la Farnworth Grammar School, donde expuso talento tanto en los deportes y como en lo académico. A la edad de 18 años, eligió una beca para estudiar en el King's College de la Universidad de Londres, sobre una carrera como un posible futbolista profesional. Sus estudios fueron interrumpidos por la II Guerra Mundial, cuando sirvió al ejército como teniente. Después del servicio militar, Seed regresó a la Universidad de Londres para terminar sus estudios y recibió un título en Ingeniería Civil en 1944 y un doctorado en Ingeniería Estructural en 1947. Su título de su tesis fue "Deformaciones No Elásticas en el Concreto y sus Efectos en el Diseño". Seed también fue capitán del equipo de fútbol de la Universidad de Londres, y del equipo All-England durante este período.
Primeros Años
Harry Bolton Seed nació en Bolton, Inglaterra, el 19 de agosto 1922, en el seno de la familia de un gerente de una fábrica de algodón. Pasó su infancia en el centro industrial de Lancashire y asistió a la Farnworth Grammar School, donde expuso talento tanto en los deportes y como en lo académico. A la edad de 18 años, eligió una beca para estudiar en el King's College de la Universidad de Londres, sobre una carrera como un posible futbolista profesional. Sus estudios fueron interrumpidos por la II Guerra Mundial, cuando sirvió al ejército como teniente. Después del servicio militar, Seed regresó a la Universidad de Londres para terminar sus estudios y recibió un título en Ingeniería Civil en 1944 y un doctorado en Ingeniería Estructural en 1947. Su título de su tesis fue "Deformaciones No Elásticas en el Concreto y sus Efectos en el Diseño". Seed también fue capitán del equipo de fútbol de la Universidad de Londres, y del equipo All-England durante este período.
Después de dos años como profesor asistente en el King's College, Seed llegó a la Universidad de Harvard para estudiar la mecánica de suelos, bajo la tutela de Karl Terzaghi y Arthur Casagrande. Recibió su título en Mecánica de Suelos de Harvard en 1948, y pasó el siguiente año como profesor en Harvard, seguido por un año como ingeniero de fundaciones de la Thomas Worcester Inc., de Boston.
Carrera en la Universidad de California, Berkeley
En 1950 se unió a la facultad de ingeniería civil en la Universidad de California, en Berkeley, donde pasó los siguientes 39 años como educador, investigador y consultor. Él hizo del programa de ingeniería geotécnica en Berkeley, uno de los mejores del mundo. Un factor importante en este desarrollo fue haber reunido colegas de diferentes áreas de la ingeniería geotécnica, incluyendo la ingeniería geológica y la mecánica de rocas, así como la mecánica de suelos e ingeniería de fundaciones.
Se desempeñó como director del Departamento de Ingeniería Civil de 1965 a 1971. Dirigió con éxito 50 candidatos a grado de Ph.D., que terminaron sus tesis durante sus carreras. Muchos decidieron seguir su ejemplo y desarrollar carreras en la universidad. Harry se sentía muy orgulloso del éxito de sus estudiantes de doctorado, y se alegró muchísimo de ver tres de ellos ingresar a la Academia Nacional de Ingeniería.
Murió de cáncer en su casa de Orinda, California el 23 de abril de 1989.
El Padre de Ingeniería Geotécnica Sísmica
El profesor Seed publicó cerca de 300 artículos y reportes, sobre diversos temas en Ingeniería Geotécnica. Sus primeras investigaciones sobre la interacción pilote-suelo, sobre la compactación del suelo y las influencias de los métodos de compactación en la estructura del suelo y las propiedades mecánicas proporcionó la base para la comprensión actual. Sus contribuciones a los métodos de análisis de diseño de pavimentos fueron de primera categoría.
En la década de 1960s él fundó una nueva área de investigación, la ingeniería geotécnica sísmica, y es comúnmente considerado como el padre dicha materia. Sus trabajos pioneros incluyeron el desarrollo del método lineal equivalente (SHAKE) para el análisis sísmico de respuesta de sitio, el análisis de la interacción suelo- estructura del suelo, la evaluación y mitigación de la licuefacción del suelo, etc.
En el nuevo campo se abordaron temas como la licuación de arenas saturadas durante episodios de cargas cíclicas, las características de resistencia de suelos no cohesivos, y la mecánica de los deslizamientos durante la ocurrencia de sismos. El trabajo de Seed contribuyó a determinar la influencia de las condiciones del suelo en daños de edificaciones cuando se presentaba un sismo. Naturalmente, en el nuevo campo de Seed había trascendentales aplicaciones prácticas.
 |
| Interacción Suelo-Estructura en terremoto de Caracas, 1967 |
Se desempeñó como consultor en cientos de proyectos en todo el mundo, incluyendo más de 100 grandes represas, más de 20 plantas de energía nuclear, e innumerables edificios importantes e infraestructura de transporte. Su investigación, basada en sólidos principios científicos, condujo a una revisión total de los conceptos y métodos para el diseño geotécnico sísmico, así como la revisión de los códigos de procedimientos de práctica de diseño, y regulaciones en todo el mundo.
Formó parte de un equipo internacional llamado por el gobierno de Egipto, bajo el patrocinio de la Agencia para el Desarrollo Internacional, para estudiar la presa de Asuán en Egipto, donde después de los terremotos se hicieron preguntas sobre su resistencia sísmica. Allí, tuvo la seguridad de millones de personas prácticamente en sus manos. También se desempeñó como consultor de la represa Tarbela en Pakistán, la presa de Oroville en California y el Proyecto Alaska Pipe-Line.
En 1972 anunció que si el terremoto de San Fernando hubiera sucedido un
año antes (el 9 de febrero de 1970, en lugar del 9 de febrero de 1971),
la presa más baja en altura del Van Norman Reservoir se habría roto y
enviado 6 millones de galones de agua en cascada sobre 80,000 personas
que vivían bajo ésta. Había estudiado la mecánica de suelos de la zona y
la cantidad de agua (menos en el momento del sismo) en el depósito
antes de llegar a esa conclusión.
En una entrevista de 1985 con United Press International, se le preguntó si los expertos en sísmica deben revelar sus hallazgos o tratar de predecir el futuro, y él recordó una vez cuando vivía en Berkeley, directamente sobre la falla de Hayward. Cerca de allí, recordó, vivía una pareja de ancianos cuyo patrimonio era exclusivamente su casa. ¿Debía advertirles del posible desastre? Él decidió no hacerlo y marido y mujer vivieron sin la preocupación adicional.
Seed, sin embargo, se mudó de allí.
Honores y Premios
Seed recibió numerosos premios y honores durante su carrera. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería en 1970 y de la Academia Nacional de Ciencias en 1986. Recibió la Medalla Nacional de la Ciencia, la más alta distinción científica de la nación, de parte del presidente Reagan en 1987. La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles le concedió más premios que a cualquier otro ingeniero en la historia de la sociedad, entre ellos dos Medallas Norman, tres Medallas James J.R. Croes, cuatro Premios Thomas A. Middlebrooks, y el premio Thomas Fitch Rowland, el premio Wellington, el premio Walter A. Huber a la Investigación, y el premio Karl Terzaghi. Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles en 1985, miembro de honor en el Instituto de Investigación de Ingeniería Sísmica en 1988. Fue galardonado con premio de Enseñanza Distinguida y como Profesor de Investigación de Facultad de la Universidad de California en 1986. Fue conferencista de la cátedra Karl von Terzaghi y de la Conferencia Rankine entre muchas cátedras, de muchas sociedades profesionales. En 1993, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles estableció la Medalla H. Bolton Seed en su honor.
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Con K. L. Lee. Drained strength characteristics of sands. J. Soil Mech. Found. Div. ASCE 93(SM6):117-41.
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Seed, sin embargo, se mudó de allí.
Honores y Premios
Seed recibió numerosos premios y honores durante su carrera. Fue elegido miembro de la Academia Nacional de Ingeniería en 1970 y de la Academia Nacional de Ciencias en 1986. Recibió la Medalla Nacional de la Ciencia, la más alta distinción científica de la nación, de parte del presidente Reagan en 1987. La Sociedad Americana de Ingenieros Civiles le concedió más premios que a cualquier otro ingeniero en la historia de la sociedad, entre ellos dos Medallas Norman, tres Medallas James J.R. Croes, cuatro Premios Thomas A. Middlebrooks, y el premio Thomas Fitch Rowland, el premio Wellington, el premio Walter A. Huber a la Investigación, y el premio Karl Terzaghi. Fue elegido miembro honorario de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles en 1985, miembro de honor en el Instituto de Investigación de Ingeniería Sísmica en 1988. Fue galardonado con premio de Enseñanza Distinguida y como Profesor de Investigación de Facultad de la Universidad de California en 1986. Fue conferencista de la cátedra Karl von Terzaghi y de la Conferencia Rankine entre muchas cátedras, de muchas sociedades profesionales. En 1993, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles estableció la Medalla H. Bolton Seed en su honor.
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Con K. Tokimatsu. Evaluation of settlements in sands due to earthquake shaking. J. Geotech. Eng. Div. ASCE 113(8):861-78.
1988
Con otros. The landslide at the port of Nice on October 16, 1979. Report No. UCB/EERC-88/10.
Nacido en 1914 en Northampton y fallecido en Londres en 2001, es el único hijo de Alec y Beatrice Skempton, fue educado en Northampton Grammar School. Se fue a estudiar Ingeniería Civil en el City & Guilds College, y luego asistió al Imperial College de Londres. Allí desarrolló un interés en la geología y la investigación.
A continuación, comenzó la investigación en concreto. Sin embargo, se le
ofreció un empleo en la sección de concreto de la Building Research
Station en Garston, Hertfordshire. La oportunidad de investigar
percibiendo un salario era entonces rara. Tomó una Maestría en Ciencias
para investigación y se trasladó en 1936. Una sección de mecánica de
suelos acababa de ser creada en Garston, dirigida por Leonard Cooling.
Atraído por la nueva área, Skempton se transfirió para trabajar con
Cooling.
Siguió un período muy activo en el que se desarrolló la nueva sección y se probó y ensayó en numerosas aplicaciones de campo. De particular interés fue el trabajo realizado sobre el colapso del terraplén del embalse de Chingford en el norte de Londres, durante su construcción en 1937. Fue construido más rápido de lo que era usual, sin permitir suficiente tiempo para la consolidación y el aumento en la resistencia de la fundación en arcilla blanda. Karl Terzaghi fue contratado por el contratista para dar una segunda opinión. Estuvo de acuerdo con la conclusiones del joven Skempton. Una relación de amistad involucrando respeto mutuo se desarrolló.
Skempton se casó con Mary (conocida como Nancy) Wood, una graduada del Royal College of Arts, en 1940, ella iba a ser su compañía constante y apoyo hasta su muerte en 1993.
En 1945 fue invitado a dar unas conferencias sobre Mecánica de Suelos en el City & Guilds College por Sutton Pippard, jefe del departamento de Ingeniería Civil. En 1946 se incorporó a la universidad a tiempo completo. Diez años después su grupo de mecánica de suelos había ganado fama internacional. Un curso de posgrado de un año de duración, se estableció en 1950. Skempton había reunido un grupo de personal muy talentoso, que se animó a perseguir una amplia gama de intereses. El tema dominante fue la observación y la solución de problemas de ingeniería reales.
En ese momento Skempton era consultado sobre problemas de orden práctico, a razón de uno por mes. El informe sobre cada uno de ellos era meticulosamente encuadernado por Nancy, que era, entre otras cosas, una encuadernadora profesional.
El grupo aún permanece, quizás debido a los principios con los que se creó. En 1957 Skempton se convirtió en el segundo presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos y de Ingeniería de Fundaciones, sucediendo a Terzaghi. Se convirtió en Profesor de Mecánica de Suelos en 1955 y jefe del Departamento de Ingeniería Civil en 1957. Fue elegido Miembro (Fellow) de la Royal Society en 1961 y Miembro Fundador de la Academia Real de Ingeniería en 1976.
Skempton enfrentó toda la gama de problemas de ingeniería. Su síntesis de la ingeniería y la geología era particularmente notable. Hizo contribuciones a la geología, particularmente a la geología del Cuaternario, tan
importante para su interés en la estabilidad de los taludes naturales. A medida que avanzaba el proyecto de autopistas, participó en los deslizamientos de la carretera de circunvalación Sevenoaks, la M6 y la M4, que retrasaban o amenazaban con retrasar la finalización de estas nuevas carreteras. La investigación de estos movimientos en masa involucró el pre-corte de arcillas plásticas rígidas por congelamiento Cuaternario del suelo. El deslizamiento en la Autopista M6, se produjo contemporáneamente a la construcción del gran terraplén de la Represa en Mangla en Pakistán. Superficies similares de cizallamiento se encontraron en la cimentación. Skempton estudió el problema y recomendó medidas correctivas.
En 1984 el gran dique de contención de terraplén de la Represa en Carsington, en Derbyshire, desarrolló un deslizamiento justo antes de su finalización. Skempton fue contratado por el propietario, la Severn Trent Water, para dirigir las investigaciones sobre la falla. Éstas demostraron el importante papel de la geología del Cuaternario y de la falla progresiva en arcillas plásticas, lo que hizo el terraplén mucho menos seguro de lo que se pensaba por sus diseñadores.
El tercer ámbito en el que Skempton trabajó era la historia de la ingeniería. Fue Presidente de la Newcomen Society para el Estudio de la Historia de la Ingeniería y Tecnología de 1977 a 1979 y escribió muchos artículos. Jugó un papel importante en el desarrollo de los intereses de la Institución de Ingenieros Civiles, en la preservación de su propia historia, ayudando a cambiar una organización que echaba a la basura los libros antiguos cuando necesitaba más espacio, a una con un sistema de archivo activo y que publica libros sobre la historia de la ingeniería. Por lo general, hizo un gran trabajo de investigación bibliográfica por sí mismo, produciendo, por ejemplo, los Primeros Informes y Mapas Impresos (1665-1850) en la Biblioteca de la Institución de Ingenieros Civiles (1977).
Su gran amor fuera ingeniería era la música clásica, y se convirtió en un flautista competente en la vida adulta para mejorar este disfrute. Él y Nancy eran entusiastas jugadores de croquet y miembros activos del Hurlingham Club durante muchos años.
Skempton fue un hombre excepcional, un líder para ejemplo, sin exhorto, un académico singular que consideraba la investigación como su primera prioridad, un estudiante cuyo enfoque requería íntima asociación con la práctica de la ingeniería y las reales en el campo, un gran pensador cuyos intereses múltiples reforzaron y se refrescaron unos a otros a través de una larga y activa carrera, un ingeniero que nunca pretendió ser inteligente, pero que tenía la costumbre notable de tener razón. Como profesor siempre discutía con sus alumnos como un igual, pero a los que habían preparado sus argumentos inadecuadamente les daba problemas, independientemente de su edad. Sus propios hábitos de trabajo eran meticulosos, y él no aceptaba nada hasta que hubiera ensamblado, trazado y analizado los datos por sí mismo, formado sus propias conclusiones y escrito en su elegante y muy afilada prosa.
Siguió un período muy activo en el que se desarrolló la nueva sección y se probó y ensayó en numerosas aplicaciones de campo. De particular interés fue el trabajo realizado sobre el colapso del terraplén del embalse de Chingford en el norte de Londres, durante su construcción en 1937. Fue construido más rápido de lo que era usual, sin permitir suficiente tiempo para la consolidación y el aumento en la resistencia de la fundación en arcilla blanda. Karl Terzaghi fue contratado por el contratista para dar una segunda opinión. Estuvo de acuerdo con la conclusiones del joven Skempton. Una relación de amistad involucrando respeto mutuo se desarrolló.
Skempton se casó con Mary (conocida como Nancy) Wood, una graduada del Royal College of Arts, en 1940, ella iba a ser su compañía constante y apoyo hasta su muerte en 1993.
En 1945 fue invitado a dar unas conferencias sobre Mecánica de Suelos en el City & Guilds College por Sutton Pippard, jefe del departamento de Ingeniería Civil. En 1946 se incorporó a la universidad a tiempo completo. Diez años después su grupo de mecánica de suelos había ganado fama internacional. Un curso de posgrado de un año de duración, se estableció en 1950. Skempton había reunido un grupo de personal muy talentoso, que se animó a perseguir una amplia gama de intereses. El tema dominante fue la observación y la solución de problemas de ingeniería reales.
En ese momento Skempton era consultado sobre problemas de orden práctico, a razón de uno por mes. El informe sobre cada uno de ellos era meticulosamente encuadernado por Nancy, que era, entre otras cosas, una encuadernadora profesional.
El grupo aún permanece, quizás debido a los principios con los que se creó. En 1957 Skempton se convirtió en el segundo presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos y de Ingeniería de Fundaciones, sucediendo a Terzaghi. Se convirtió en Profesor de Mecánica de Suelos en 1955 y jefe del Departamento de Ingeniería Civil en 1957. Fue elegido Miembro (Fellow) de la Royal Society en 1961 y Miembro Fundador de la Academia Real de Ingeniería en 1976.
Skempton enfrentó toda la gama de problemas de ingeniería. Su síntesis de la ingeniería y la geología era particularmente notable. Hizo contribuciones a la geología, particularmente a la geología del Cuaternario, tan
importante para su interés en la estabilidad de los taludes naturales. A medida que avanzaba el proyecto de autopistas, participó en los deslizamientos de la carretera de circunvalación Sevenoaks, la M6 y la M4, que retrasaban o amenazaban con retrasar la finalización de estas nuevas carreteras. La investigación de estos movimientos en masa involucró el pre-corte de arcillas plásticas rígidas por congelamiento Cuaternario del suelo. El deslizamiento en la Autopista M6, se produjo contemporáneamente a la construcción del gran terraplén de la Represa en Mangla en Pakistán. Superficies similares de cizallamiento se encontraron en la cimentación. Skempton estudió el problema y recomendó medidas correctivas.
En 1984 el gran dique de contención de terraplén de la Represa en Carsington, en Derbyshire, desarrolló un deslizamiento justo antes de su finalización. Skempton fue contratado por el propietario, la Severn Trent Water, para dirigir las investigaciones sobre la falla. Éstas demostraron el importante papel de la geología del Cuaternario y de la falla progresiva en arcillas plásticas, lo que hizo el terraplén mucho menos seguro de lo que se pensaba por sus diseñadores.
El tercer ámbito en el que Skempton trabajó era la historia de la ingeniería. Fue Presidente de la Newcomen Society para el Estudio de la Historia de la Ingeniería y Tecnología de 1977 a 1979 y escribió muchos artículos. Jugó un papel importante en el desarrollo de los intereses de la Institución de Ingenieros Civiles, en la preservación de su propia historia, ayudando a cambiar una organización que echaba a la basura los libros antiguos cuando necesitaba más espacio, a una con un sistema de archivo activo y que publica libros sobre la historia de la ingeniería. Por lo general, hizo un gran trabajo de investigación bibliográfica por sí mismo, produciendo, por ejemplo, los Primeros Informes y Mapas Impresos (1665-1850) en la Biblioteca de la Institución de Ingenieros Civiles (1977).
Su gran amor fuera ingeniería era la música clásica, y se convirtió en un flautista competente en la vida adulta para mejorar este disfrute. Él y Nancy eran entusiastas jugadores de croquet y miembros activos del Hurlingham Club durante muchos años.
Skempton fue un hombre excepcional, un líder para ejemplo, sin exhorto, un académico singular que consideraba la investigación como su primera prioridad, un estudiante cuyo enfoque requería íntima asociación con la práctica de la ingeniería y las reales en el campo, un gran pensador cuyos intereses múltiples reforzaron y se refrescaron unos a otros a través de una larga y activa carrera, un ingeniero que nunca pretendió ser inteligente, pero que tenía la costumbre notable de tener razón. Como profesor siempre discutía con sus alumnos como un igual, pero a los que habían preparado sus argumentos inadecuadamente les daba problemas, independientemente de su edad. Sus propios hábitos de trabajo eran meticulosos, y él no aceptaba nada hasta que hubiera ensamblado, trazado y analizado los datos por sí mismo, formado sus propias conclusiones y escrito en su elegante y muy afilada prosa.
Fue uno de los más influyentes ingenieros civiles británicos del siglo
XX . Fundó la primera escuela del Reino Unido de la mecánica de suelos
en el departamento de ingeniería civil. También actuó como consultor en
proyectos de ingeniería civil en todo el mundo, quizás el más importante
es la presa de Mangla en Pakistán, y desempeñó un papel clave en la
investigación a raíz del colapso de la presa Carsington.
Así como sus inmensas contribuciones científicas y profesionales a la ingeniería civil, el Profesor Skempton es el principal historiador de la geotecnia. Escribió muchos artículos y libros, y debido a su inspiración y liderazgo, el tema ahora recibe la atención que merece con fuertes vínculos históricos en las instituciones de Ingenieros Civiles y de Ingenieros Estructurales.
Así como sus inmensas contribuciones científicas y profesionales a la ingeniería civil, el Profesor Skempton es el principal historiador de la geotecnia. Escribió muchos artículos y libros, y debido a su inspiración y liderazgo, el tema ahora recibe la atención que merece con fuertes vínculos históricos en las instituciones de Ingenieros Civiles y de Ingenieros Estructurales.
En 1945 fue invitado a dar conferencias sobre Mecánica del Suelo en el City & Guilds College por parte del Dr. Sutton Pippard, jefe del departamento de Ingeniería Civil. En 1946 se incorporó a la universidad a tiempo completo. En 10 años de enseñanza, su grupo de la mecánica del suelo adquirió fama internacional. Un año de curso de postgrado de enseñanza fue creado en 1950.
En 1957 se convirtió en el segundo Presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica del Suelo y la Fundación de Ingeniería, logrando el premio Terzaghi. Se convirtió en profesor de Mecánica del Suelo en 1955 y jefe del departamento de Ingeniería Civil en 1957. Fue elegido miembro de la Royal Society en 1961 y miembro fundador de la Real Academia de Ingeniería en 1976.
Su síntesis de la ingeniería y la geología es particularmente notable. Hizo contribuciones a la geología en sí, en particular, la geología del Cuaternario, tan importante para su interés en la estabilidad de laderas naturales.
Ir a la Biografía detallada de Alec Westley Skempton
Durante su carrera Sowers escribió más de 130 artículos técnicos y 8 libros, incluyendo el ampliamente conocido 'Introductory Soil Mechanics And Foundations'. George Sowers nació en Cleveland, Ohio en 1921. Siguiendo los pasos de su padre el ingeniero George B. Sowers (quien se especializó en diseño de fundaciones diseño de puertos y construcción pesada, y por ello el jóven George desde muy niño acompañaba a su padre en inspección de túneles, elaborando mapas geológicos y observando cimentaciones), recibió su título en ingeniería civil de la Case Western Reserve University en 1942. Durante sus estudios, trabajó a tiempo parcial como asistente de ingeniería de la firma de consultoría de su padre, en la construcción de puertos en Ohio y brevemente como ingeniero asistente en hidráulica de la Tennessee Valley Authority, en Knowville Tennessee, donde conoció y se casó con una compañera hidróloga llamada Frances Adair Lott, de Greenwood, Mississippi.
En 1944 entró al servicio militar y sirvió como instructor en Mantenimiento Electrónico para la Marina de los EE.UU. Éste fue su entrenamiento formal en la enseñanza. Después de la Armada, Sowers se convirtió en estudiante de Karl Terzaghi y Casagrande Arthur en la Universidad de Harvard, donde completó su maestría en ingeniería civil en 1947. Habiendo sido educado por estas autoridades de primera clase en el campo de la mecánica de suelos, las habilidades Sowers fueron reclutadas por universidades y empresas de ingeniería por igual. Finalmente acordaron una posición conjunta en el Instituto de Tecnología de Georgia y la compañía consultora en ingeniería Thomas C. Law.
Durante los siguientes 50 años, Sowers encontró éxito en éstas dos carreras: como profesor regente de Ingeniería Civil de Georgia Tech y Vicepresidente, Vicepresidente Senior y Presidente de la Junta en la firma consultora Law. Fue un ingeniero profesional registrado en diez estados y un geólogo matriculado en el Estado de Georgia.
George, el fundador Thomas C. Law, y el entonces presidente George Nelson vertieron sus corazones y mentes en la construcción de la empresa. Una y otra vez, a veces con grandes sacrificios, reinvirtieron las ganancias en el negocio, en lugar de gastar el fruto de su considerable trabajo. Durante los siguientes 50 años, Law pasó de ser un grupo de empleados que trabajaban en el sótano de una librería, a ser un líder mundial en una amplia gama de disciplinas de ingeniería y científicas. George, con su conocimiento, energía y trabajo ético, fue parte integral del éxito de la compañía.
El trabajo de consultoría de George, generalmente involucró la evaluación de sitios, para determinar la causa de una falla estructural, o para proporcionar los datos necesarios para diseñar y construir estructuras apropiadas para la propiedad. Estaba constantemente comparando las propiedades de un sitio con su "base de datos mental" de conocimientos geológicos y de ingeniería. "George se acercó a cada proyecto como si estuviera resolviendo un misterio", dice David Alcott. "Básicamente, le gustaba resolver problemas, y él los resolvía en términos de geología".
Gran parte de la consultoría de George fue en el sudeste de Asia y en el sureste de Estados Unidos, trabajando en represas. Pasó un tiempo considerable de consultoría en América del Sur y Central, sobre todo en la Carretera Panamericana y otros proyectos de transporte. También es bien conocido por su trabajo con el terreno de piedra caliza en el Caribe y los EE.UU., especialmente Puerto Rico y Florida. En la década de 1970s, George trabajó también en la evaluación de los sitios propuestos para las centrales nucleares. Las consideraciones principales eran la geología y la actividad sísmica de los sitios, porque la estabilidad y la propensión hacia los terremotos eran de gran preocupación.
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| Portada del clásico libro de Sowers |
Durante su último año de vida luchando contra el cáncer, George trabajó fervientemente en completar su última contribución técnica titulada Building on Sinkholes: Design and Construction of Foundations in Karst Terrain (1996), disponible en la ASCE. George falleció en 1996.
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| Imagen de un sumidero -sinkhole- del libro de Sowers en 1996 |
Bibliografía Seleccionada
1948 Discussion of classification and identification of soils: ASCE Transactions, v. 113.
1953 Discussion on methods for making highway soil surveys: ASCE Transactions, v. 118A.
—— Application of geophysical exploration: AIME Transactions, Mining Engineering, August.
1961 Earth and rockfill dam engineering: Bombay, Asia Publishing House.
1954 Soil problems in the southern Piedmont regions: ASCE Proceedings, v. 80, March.
1956 Foundation investigation for industrial sites: Industrial Development, v. 3, no. 5, September, p. 7–14.
1957 Trench excavation: Bulletin of Construction Safety Association of Ontario, Canada, September.
1961 Use and misuse of earth dams: Consulting Engineer, July.
1964 Excavation failures and their prevention: Construction, March, p. 28.
1973 Remote sensing for water resources: Civil Engineering, no. 2, p. 35–42.
1974 Engineering approach to responsibility for unexpected problems in foundations: ASCE, Boston Society of Civil Engineers Section, Journal, v. 61, no. 4, October, p. 201–223.
1975 Failures in limestones in humid subtropics: ASCE, Geotechnical Engineering Division, Journal, v. 101, no. GT8, August, p. 771–787.
—— Engineering properties of Georgia soils: Georgia Geologic Survey Bulletin 60.
1977 Dam failure at Toccoa Falls: USCOLD Newsletter, no. 54, November, p. 13–16.
1978 Reconnaissance report on the failure of Kelly Barnes Lake Dam, Toccoa Falls, Georgia: Washington, D.C., National Academy of Sciences, Committee on Natural Disasters.
1979 Introductory soil mechanics and foundations: Geotechnical engineering [fourth edition]: New York, Macmillan.
—— (with Carter, R. B.) Paracti rockslide, Bolivia, in Voight, B., ed., Rockslides and avalanches, Volume 2: Engineering sites: New York, Elsevier.
1981 Lost-ground subsidences in two shallow tunnels, in Resendiz, D., and Romo, M. P., eds., Soft-ground tunneling failures and displacements: Rotterdam, Netherlands, A. A. Balkema
—— There were giants on the earth in those days: ASCE, Geotechnical Engineering Division, Journal, v. 107, no. GT4, April.
1983 Residual soils of Piedmont and Blue Ridge: Transportation Research Record 919, p. 10–16. 1984 (with Akins, K. P. ) Tunneling under a building with thin rock cover: ASCE, Geotechnical Engineering Division Journal, v. 110, no. 3, p. 311–318.
—— Ancient earthworks: Geotechnical News, v. 2, no. 4, December.
1986 Correction and protection in limestone terrain: Environmental Geologic Water Science, v. 8, nos. 1/2, p. 77–82.
1988 Foundation problems in residual soils, in Proceedings, Conference on Engineering Problems of Regional Soils: Beijing, International Academic Publishers.
1992 (with Schuster, Robert L.) Volcanic debris, avalanche, and lahar deposits, in Proceedings of the Twelfth International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering, Rio de Janeiro, 1989, Volume 4: Rotterdam, Netherlands, A. A. Balkema, p. 2453–2461.
1994 Geotechnical issues in site selection and project development: Association of Engineering Geologists Bulletin, v. 31, no. 2, p. 209–216.
Donald Wood Taylor
En su libro de 1948, Donald Taylor reconoció que la interconexión y la dilatación de las partículas densamente empaquetadas contribuía a la resistencia pico de un suelo. Las interrelaciones entre el comportamiento de cambio de volumen (dilatación,contracción, y la consolidación) y el comportamiento al cortante estaban conectadas por la teoría de la plasticidad, utilizando la mecánica de suelos del estado crítico propuesta por Roscoe, Schofield, y Wroth, con la publicación de "On the Yielding of Soils" en 1958 . La mecánica de suelos del Estado Crítico es la base para muchos modelos constitutivos contemporáneos avanzados, que describen el comportamiento del suelo.
Participó activamente en la Sociedad de Ingenieros Civiles de Boston, donde fue su presidente, y la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. De 1948 a 1953, ocupó el cargo de secretario de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos Cimentaciones.
Su contribución incluye estudios sobre el problema de la consolidación en la arcilla, la resistencia al corte y dilatancia de las arenas, y la estabilidad de taludes. Su artículo titulado "Estabilidad de taludes" recibió el máximo galardón de la Boston Society of Civil Engineers - el Premio Desmond Fitzgerald. Escribió el libro de texto "Principios básicos de mecánica de suelos", que ha sido ampliamente utilizado, y es un clásico de la mecánica de suelos.
Aleksandar Sedmak Vesic
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| A. S. Vesic en la Biblioteca de la Universidad de Duke |
Vida
Vesic nació en Yugoslavia en 1924 y recibió su doctorado de la Universidad de Belgrado. Se casó poco después con la ingeniera Milena Sedmak, y pasó la primera parte de su carrera como docente en el Instituto Geotécnico de Bélgica en Ghent, Bélgica. De allí se trasladó al Georgia Tech
en 1958, en Atlanta, y luego a la Universidad de Duke en 1963, donde
aceptó ser profesor de tiempo completo y en donde, en 1965 creó un gran
simposio en ingeniería de fundaciones, al que asitió todo el que era
'alguien' en la Mecánica de Suelos de la época. Continuó enseñando en
la Escuela Pratt de Ingeniería hasta su muerte en 1982. Su esposa siguió continuamente activa en la comunidad de ingeniería, hasta su muerte en 2007.
Carrera
 |
| A.S. Vesic y Robert Koerner en la Universidad de Duke, 1966 |
Vesic, continuamente se esforzó por profundizar en el estudio de la
ingeniería, publicando y contribuyendo en muchos artículos y libros
dirigidos hacia la educación de los estudiantes de ingeniería en el
estándar de los principios y técnicas de la ingeniería geotécnica. Por
su dedicación a la Universidad de Duke, y más específicamente a la
Escuela Pratt de Ingeniería, la escuela bautizó a la jefatura del
departamento de ingeniería civil, como el profesorado Aleksandar S.
Vesic.
Para honrarlo aún más, la biblioteca técnica, de matemáticas, y
ciencias, pasó a llamarse Biblioteca Vesic en 1982, poco después de su
muerte. Esta biblioteca llevó su nombre hasta su cierre en 2008.
Investigación y Contribuciones a la Ingeniería
Vesic hizo muchas contribuciones al campo de la mecánica de suelos,
escribiendo numerosos artículos y libros sobre cimentaciones
sobre pilotes y cimentaciones profundas, cargas en fundaciones
superficiales, cohesión y estudios del fondo oceánico.
 |
| Modos de falla por capacidad portante. (a) Falla general. (b) Falla local. (c) Falla por punzonamiento |
Su investigación encontró que muchos de los cálculos utilizados para
determinar la relación entre la capacidad de carga, y el ángulo de
fricción del suelo, eran inexactos a elevados ángulos de fricción. A
través de su investigación encontró que el ángulo real de falla es más
pequeño que el predicho por los modelos existentes. Esto hace que esos
modelos sean excesivamente conservadores y pueden limitar las
envolventes máximas de diseño o añadir costos innecesarios a un
proyecto.
Gran parte de su investigación también apuntó más hacia la aplicación de ingeniería hacia materiales de construcción reales. Vesic,
continuamente investigó superficies de carretera de material rígido
(concreto), así como pavimentos flexibles (asfalto). Esta investigación
se centró principalmente en que tan bien, las sobrecargas son
transferidas desde la superficie de la carretera, a través de las
diversas capas de base, al subsuelo. A partir de ahí, desarrolló ideas
de cómo estas cargas pueden ser soportadas por los suelos existentes.
Gran parte de su trabajo, fue utilizado en las técnicas de construcción y
mantenimiento empleadas por los diseñadores del Sistema Americano de
Autopistas Interestatales.
 |
| Capacidad portante de fundaciones superficiales |
Otra gran parte de su investigación, se centró en el comportamiento de
los suelos en el fondo del océano. Estos suelos tienden a tener una
consistencia plástico o líquida consistencia,
lo que hace difícil de predecir su comportamiento. Los primeros modelos
subestimaron la fuerza de desprendimiento de objetos incrustados en
este tipo de suelos. Vesic centró gran parte de su esfuerzo en
comprender cómo la succión de suelos densos y adhesión del suelo alrededor objetos embebidos, se puede atribuir a las cualidades conocidas del material de suelo.
Fue el primer presidente del comité de cimentaciones profundas de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.
Premios y Distinciones
- Highway Research Board Award 1969
- Thomas A. Middlebrooks Award, ASCE 1974
- Distinguished Service Award, Duke University
- Design of Pile Foundations, Transportation Research Board, 1977.
- A Study of Bearing Capacity of Deep Foundations, Georgia Institute of Technology, 1967.
- Analysis of Structural Behavior of AASHO Road Test Rigid Pavements, Highway Research Board, 1970.
- Theoretical Analysis of Structural Behavior of Road Test Flexible Pavements, Highway Research Board, 1964.
- Breakout Resistance of Objects Embedded in Ocean Bottom, 1969.
- Quarrying with Nuclear Explosives, 1970.
- Analysis of Ultimate Loads of Shallow Foundations, 1973.
- Engineering Properties of Nuclear Craters, Report 6, 1967.
- Mechanics of Pile-Soil Interaction in Cohesionless Soils, 1975.
- Bearing Capacity Therory from Experimental Results". Journal of the Soil Mechanics and Foundations Division 98: 1311-1324. Diciembre. 1972.
Leonardo Zeevaert Wiechers
Su inquietud por ampliar sus conocimientos le llevó al Instituto
Tecnológico de Massachusetts, al que ingresó en 1939 para realizar
estudios de posgrado en Ingeniería Civil. En su plan de estudios incluyó
la asignatura de Mecánica de Suelos que impartía el Prof. D.W. Taylor,
asignatura por la cual después sentiría una poderosa atracción. En 1940
obtuvo el grado de Maestría, con una tesis sobre fotoelasticidad.
El conocimiento que adquirió en los Estados Unidos lo aplicó en
beneficio de nuestro país cuando al regresar entró a trabajar a la
Comisión Nacional de Irrigación, además destinó parte de su tiempo a
brindar servicios de ingeniero consultor.
En 1942, por recomendación del profesor Taylor, conoció al Prof. Karl
Von Terzaghi, con quien tuvo la oportunidad de colaborar en la
investigación de la estabilidad de las cortinas de relleno hidráulico
del Sistema Hidráulico Necaxa. Así que tuvo que pasar tres meses en la
oficina del Dr. Terzaghi, en la Universidad de Harvard para realizar la
planeación de la investigación y, posteriormente, residió varios más en
el sitio de la presa.
Esto fue el inicio de una gran amistad entre los doctores Zeevaert y
Terzaghi, de la que obtuvo valiosas enseñanzas. Por este motivo, la
Sociedad Mexicana de Mecánica de Suelos le pidió hacer la semblanza del
Prof. Terzaghi en 1983 con motivo del centenario de su nacimiento.
Su constante superación y la relación con el Prof. Terzaghi hicieron que
éste lo invitará, en 1947, a colaborar con él en la Universidad de
Illinois, en problemas especiales de mecánica de suelos, donde tuvo el
nombramiento de investigador visitante. Dos años después obtuvo el grado
de Doctor en Filosofía en dicha Universidad con la tesis "Investigación de las propiedades mecánicas de la arcilla lacustre volcánica de la ciudad de México".
Junto con un grupo de destacados especialistas fundó la Sociedad
Mexicana de Mecánica de Suelos en 1954, de la cual fue su primer
presidente, cargo en el que permaneció hasta 1968. Su prestigio
internacional fue patente al haberle nombrado la Sociedad Internacional
de Mecánica de Suelos, Vicepresidente por Norteamérica, durante el
período 1961-1965.
Su amplia experiencia dentro de la actividad docente la inició en 1941,
fue el primer profesor de mecánica de suelos e ingeniería de
cimentaciones en la Facultad de Ingeniería de la UNAM, labor que
desempeñó hasta 1974, año en el que lo conocí personalmente y lo invité a
colaborar en la Sección de Mecánica de Suelos de la División de
Estudios de Posgrado de la Facultad de Ingeniería para que impartiera la
asignatura de Cimentaciones, lo que dio origen a la cátedra de
Cimentaciones, y a los seminarios de Cimentaciones superficiales y de
Cimentaciones profundas, cursos que son sinónimo de excelencia y motivo
de orgullo para la DEPFI.
Contribuyó en la elaboración de otros libros publicados en el
extranjero, entre los que destacan: el volumen en honor del Prof. Nathan
M. Newmark; el libro en honor del Prof. De Beer y, el más reciente, el
Ground Engineer's Reference Book, editado en Inglaterra.
Como reconocimiento a su labor, en 1986 la Universidad Nacional Autónoma de México lo designó "Profesor Emérito" y en 1989 le otorgó el "Premio Universidad Nacional" en el área de Innovación Tecnológica.
En 1994, el Colegio Alemán le otorgó el Premio "Alexander Von Humboldt" y la medalla "Cum Laude" en el área de Ciencia y Tecnología. El Instituto Politécnico Nacional honró al Dr. Zeevaert, al instituir en 1993 la "Conferencia Leonardo Zeevaert", en la Semana de la Geotecnia.
Una de las aportaciones más importantes del trabajo profesional del Dr.
Zeevaert lo constituye la búsqueda de soluciones y métodos de cálculo
para diferentes problemas de cimentaciones tanto para solicitaciones
estáticas como sísmicas. En el primer aspecto se pueden mencionar los
sistemas de cimentación empleados exitosamente en la ciudad de México,
basados en los conceptos de cimentaciones compensadas mediante cajones y
cimentaciones compensadas con pilotes de fricción, considerando, en
este caso, el efecto de la fricción negativa.
Otro tópico de gran interés para el Dr. Zeevaert fue el comportamiento
sísmico de cimentaciones y estructuras; sus trabajos de 1947 pueden
considerarse pioneros en el tema. Su preocupación por realizar
mediciones e incorporar esta información en el diseño sísmico de obras
de ingeniería lo llevó a proponer la instalación de dos acelerógrafos de
tres componentes, uno de los cuales fue colocado a fines de 1961 en la
cimentación de la torre Latinoamericana y el otro en el Alameda Central.
La trascendencia de la propuesta se constató durante los sismos del 11 y
19 de mayo de 1962, ya que se obtuvo por primera vez en México la
información instrumental para el cálculo de los espectros de respuesta
del centro de la ciudad de México, y que sirvieron de base para formular
el Reglamento para Diseño Sísmico del Distrito Federal.
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La Torre Latinoamericana
tuvo un comportamiento dinámico que se calificó excelente durante el
sismo de 1957, por lo que el American Institute for Steel Construction
otorgó al Dr. Zeevaert un premio especial después del sismo. Este premio
fue el primero que se concedió al edificio más alto localizado fuera de
los Estados Unidos, cimentado en un subsuelo de condiciones difíciles y
sujeto a sismos intensos. En 1986 The International Iron and Steel
Institute le otorgó el premio al diseñador de una estructura de acero de
43 pisos que ha resistido cinco sismos de gran intensidad.
En el diseño de la cimentación de la torre Latinoamericana utilizó un
método para calcular los períodos de resonancia del subsuelo, cuya
aproximación se verificó en el sismo de 1957. Esto le hizo encontrar la
forma de obtener los parámetros que requeriría su procedimiento de
cálculo, lo que le impulsó a diseñar en 1965 el péndulo de torsión
libre.
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| Péndulo de Torsión Libre |
Como ingeniero le llamaron poderosamente la atención los sedimentos
lacustres de la ciudad de México, tanto por el interés de adquirir
conocimientos sobre el tema, como por la necesidad de incorporarlos en
el análisis y diseño de proyectos en los que el factor de seguridad
tenía que ser alto.
Toda la investigación al respecto y su experiencia la ha aplicado en
cada una de sus obras, más de 700, entre las que destacan, el edificio
de Seguros La Comercial, la Bolsa de Valores de México, el Banco de
Comercio, la Embajada Americana, el Puerto de Liverpool, el Hotel María
Isabel, etc.
Entre los innumerables proyectos, sin duda su obra más conocida que
constituye uno de los símbolos de la ciudad de México y por la que el
Dr. Zeevaert siente un gran orgullo y cariño muy particular, es la torre
Latinoamericana. Para valorar este magnífico proyecto debe tomarse en
cuenta que se realizó hace más de 49 años, cuando el Dr. Zeevaert tenía
36 años de edad.
Con un procedimiento de su invención diseñó dos edificios colgantes; el
de la Compañía de Seguros Monterrey y el de Celanese Mexicana. Ha sido
consultor de empresas privadas tanto nacionales como extranjeras;
asimismo, ha desarrollado importantes funciones como asesor de
instituciones del gobierno. Realizó estudios para la expansión y
construcción de fábricas e industrias de equipos pesado, acerías,
fábricas de papel y silos.
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| Edificio Celanese |
En lo relativo a ingeniería de costas, ha realizado estudios sobre
navegación en ríos, acción de oleajes sobre la costa, e hidráulica de
lagunas marginales. Para el diseño de un puerto de altura en Acapulco,
en la laguna de Tres Palos, realizó importantes estudios sobre la
corriente litoral y su acción, y con ello diseñó el canal de entrada.
Diseñó el puerto y marina para pequeñas embarcaciones del hotel Las
Hadas en Manzanillo, Col., además, de puertos y marinas en el Estero de
Punta Banda, Baja California, y en Careyes, Jalisco.
Debido a su brillante trayectoria profesional, en 1987, la American
Society of Civil Engineers lo invitó a impartir la Twenty-third Terzaghi
Lecture, el doctor ha sido el único mexicano que recibió esta
distinción.
La personalidad del Dr. Zeevaert
ha dejado una huella indeleble en todos aquellos que han tenido la
oportunidad de tratar con él, ya sea como colaboradores en su despacho o
como alumnos en la UNAM.
Créditos:
santiago.osorio10@gmail.com
Referencias:
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