historia de la geotecnia

Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas Historia de la Geotecnia

La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

Santiago Osorio R.

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Por: Santiago Osorio R. Ingeniero Civil Geotecnista Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales Manizales, Caldas – Colombia (South America) geosor2018@gmail.com Blog ‘APUNTES DE GEOTECNIA CON ÉNFASIS EN LADERAS’ (2010 - 2013) http://geotecnia-sor.blogspot.com Blog ‘RELATOS DE LA GEOTECNIA’ (2020 - ) http://geotecnia-sor2.blogspot.com Ediciones Geotecnia-SOR. Manizales. 2020 Primera versión en junio de 2011.

Segunda versión revisada en mayo de 2020.

Todas las imágenes del documento fueron cuidadosamente seleccionadas por el autor en la web, como referencia, para fines exclusivos de uso académico, ilustrativo y no comercial. El autor manifiesta no poseer los derechos de las imágenes ni de los textos citados, excepto donde se indique.

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Contenido Prefacio............................................................................................................................................. 5 1. Introducción a la Evolución Histórica de la Ingeniería Geotécnica ......................................... 9 1.1. Referencias .......................................................................................................................... 18 2. Mesopotamia, Babilonia y Grecia .......................................................................................... 19 2.1. Mesopotamia y Babilonia.................................................................................................... 25 2.2. Grecia .................................................................................................................................. 28 2.2.1. El Partenón ...................................................................................................................... 35 2.3. Referencias .......................................................................................................................... 36 3. Egipto e Israel ......................................................................................................................... 38 3.1. Etruria .................................................................................................................................. 39 3.2. Egipto .................................................................................................................................. 41 3.2.1. Las Pirámides .................................................................................................................. 43 3.2.2. Los Materiales de Construcción en Egipto ...................................................................... 44 3.2.2.1.

El Barro ........................................................................................................................ 44 3.2.2.2.

La Piedra ...................................................................................................................... 45 3.2.2.3.

El Mortero .................................................................................................................... 45 3.2.2.4.

La Madera .................................................................................................................... 45 3.2.2.5.

Las Herramientas ......................................................................................................... 46 3.2.2.6.

Los Cimientos .............................................................................................................. 47 3.2.2.7.

Los Muros y Las Murallas ........................................................................................... 47 3.2.3. Una Antigua Obra de Ingeniería que Falló ...................................................................... 48 3.2.4. La Construcción de las Pirámides.................................................................................... 49 3.3. Israel .................................................................................................................................... 52 3.4. Referencias .......................................................................................................................... 53 4. El Arquitecto, la Ingeniería Militar y Roma .......................................................................... 54 4.1. Arkhitekton.......................................................................................................................... 54 4.2. El Código de Hammurabi .................................................................................................... 55 4.3. La Ingeniería Militar ........................................................................................................... 57 4.4. Los Cimientos de los Templos ............................................................................................ 61 4.5. Todos los Caminos Conducen a Roma ............................................................................... 62 4.5.1. Un Puente sobre el Río Rhine.......................................................................................... 72 4.5.2. Las Viviendas Urbanas Romanas .................................................................................... 74 4.5.2.1.

Domus .......................................................................................................................... 75 4.5.2.2.

Insulae .......................................................................................................................... 75 4.5.3. Los Cimientos de las Edificaciones Romanas ................................................................. 78 4.6. Referencias .......................................................................................................................... 80 5. La Geotecnia y la Hidrotecnia ................................................................................................ 82 5.1. Los Acueductos Romanos ................................................................................................... 85 5.2. Referencias .......................................................................................................................... 89 6. Los Cimientos y El Coliseo Romano ..................................................................................... 90 6.1.

El Coliseo Romano .......................................................................................................... 93 6.1.1. La Construcción de la Cimentación................................................................................. 94

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6.1.2. La Construcción de los Muros ......................................................................................... 96 6.1.3. La Construcción de la Arena ........................................................................................... 96 6.1.4. La Construcción de las Plazas ......................................................................................... 96 6.2.

Referencias ...................................................................................................................... 98 7. China, la Tierra Apisonada y La Ingeniería en Europa .......................................................... 99 7.1.

China ................................................................................................................................ 99 7.2.

La Técnica del Suelo Apisonado ................................................................................... 100 7.2.1. Aspectos Medioambientales y Sostenibilidad de la Tierra Apisonada .......................... 105 7.2.2. La tierra Apisonada desde el siglo XVI ......................................................................... 105 7.2.3. Mecanismo de Estabilidad de la Tierra Apisonada ....................................................... 107 7.3.

Los Muros de Carga ...................................................................................................... 108 7.3.1. Cimentación para Muros de Carga ................................................................................ 110 7.3.2. Huecos en Muros de Carga ............................................................................................ 110 7.3.3. Dintel ............................................................................................................................. 110 7.3.4. Arco ............................................................................................................................... 110 7.3.5. Tabiques y Muros de Carga en la Edificación ............................................................... 110 7.4.

Muralla Dacia ................................................................................................................ 110 7.5.

La Ingeniería en Europa................................................................................................. 111 7.6.

Referencias .................................................................................................................... 116 8. La Torre Inclinada de Pisa.................................................................................................... 117 8.1.

Referencias .................................................................................................................... 123

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Prefacio

Dentro del alcance de este documento, se entiende a la ingeniería geotécnica como una rama de la ingeniería civil y geológica que se ocupa de los usos del suelo y la roca como materiales de construcción. La American Society of Civil Engineers definió en 1978 la ingeniería geotécnica como “la parte de la ingeniería civil que implica la interrelación entre el entorno geológico y las obras del hombre”. El término geotecnia, geotechnics, o géotechnique ha sido de uso común en Europa y América del Sur durante muchos años, aunque solo en años recientes fue aceptado en los Estados Unidos siendo adoptado por la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles en 1974 como reemplazo de la “División de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones” para dar una connotación más amplia a la disciplina y particularmente para abarcar el tema de la mecánica de rocas. El término ingeniería de suelos y cimentaciones aún se utiliza como título de muchos textos técnicos, pero es solo un elemento de la ingeniería geotécnica.

A través de la historia de la ingeniería se ha venido heredando el conocimiento y el reconocimiento de la importancia de la cimentación o fundación derivado del desarrollo de la arquitectura y la ingeniería empírica de las diferentes técnicas de construcción utilizadas por cada cultura y época. La palabra fundación se origina del latín fundatio, del verbo fundare, fundar, establecer, colocar. Luego, los cimientos se refieren a la base colocada artificialmente sobre la cual se apoya una estructura, es decir, una superestructura, o sobre la cual se construye cualquier obra realizada por el hombre. En general, el término se refiere a todas aquellas partes de la estructura pesada colocadas debajo de la superficie del suelo (o superficie del agua, como en el caso del apoyo intermedio de un puente), y sobre las cuales se debe construir y soportar una estructura de cualquier tipo. Por lo tanto, los ingenieros hablan de una base como elemento estructural artificial y de apoyo de los cimientos.

La presente revisión a la primera edición de la ‘Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII’ hace parte de la serie ‘Historia de la Geotecnia’, aparecida en el blog Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas en diciembre de 2010, como un ejercicio geotécnico literario inspirado por ‘An Introduction to Geotechnical Engineering’ (Holtz, R. D. & Kovacs, W. D. Prentice-Hall Inc. 1981), texto acertadamente recomendado por mi director de trabajo de grado como requisito a especialista en Geotecnia en 1995, el ingeniero Guillermo Ángel R.; en donde su capítulo 1. Introduction to Geotechnical Engineering – 1.6 Historical Development of Geotechnical Engineering (págs. 7-9) hace un breve resumen de hitos que han marcado la evolución histórica de la ingeniería geotécnica, sin imagen alguna, quedando grabadas aquellas palabras en la inspiración de la imaginación. Durante las clases magistrales, algunos de mis más respetables maestros iban comentando diferentes frases cortas acerca de lo que ellos conocían acerca del desarrollo histórico de la materia, las cuales consignaba yo juiciosamente en mi cuaderno de apuntes. De muy especial recordación, el ingeniero Félix Hernández R. Nuevas adiciones a mi colección personal de documentos técnicos, así como un poco más de experiencia profesional y el permanente y amoroso aliento de mi esposa, con su dedicado conocimiento y pasión por la historia de Inglaterra, despertaron mi interés en recopilar información detallada sobre el desarrollo de la Geotecnia aparte de los conocidos avances de finales del siglo

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XIX y comienzos del siglo XX. Cabe decir que la Historia siempre me ha rodeado, pues mi padre experto en Filosofía, narraba periódicamente anécdotas y explicaba profundas teorías y axiomas filosóficos.

Con la llegada de los novedosos y útiles lanzamientos tecnológicos e informáticos, las palabras del cuaderno fueron rápidamente desplazadas por cantidad de coloridas imágenes de los sitios descritos en dichos apuntes, incluso animaciones cortas y algunos videos de pobre calidad visual. Decidí entonces dedicarme a la búsqueda sistemática de aportes que incrementaran mi débil base de datos, la cual solo reportó avances en los anaqueles de las bibliotecas especializadas, pero a nivel de la world wide web los resultados, escasos. De esta manera inicié la ingenua tarea de tratar de escribir mi versión técnica y anhelada de la ‘Historia de la Geotecnia’ con el propósito de despejar muchas incógnitas acerca de sus lugares y sus protagonistas lo cual me condujo a un Universo maravilloso donde la grandeza (en todos los sentidos) del ser humano se exalta a dimensiones hasta entonces solamente intuidas por mí como ingeniero civil.

Producto de este ejercicio de novato desarrollado entre 2010 y 2012, aunque ligeramente revisado, presento la siguiente colección de relatos históricos que comencé a complementar durante la cuarentena Covid-19 durante el año 2020 y a publicar en un nuevo blog (pues quiero mantener y recordar ‘Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas’ tal y como fue abandonado en junio de 2013 pues está dedicado con todo mi corazón a mi hija, a mi esposa, a mi padre, a mi madre y a mi hermano y su familia) el cual nombré ‘Relatos de la Geotecnia’, también disponible para consulta.

En la contraportada se pueden encontrar las direcciones de ambos sitios.

S. Osorio Mayo de 2020 Manizales, Caldas – “La ciudad de las puertas abiertas (The city of open doors)”

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Historia de la Geotecnia

Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

Colección de Ocho Entregas 2010 - 2012 geotecnia-sor.blogspot.com

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“estudia el pasado si quieres predecir el futuro” Confucio (551 – 478 A.C.) Filósofo chino

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1. Introducción a la 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.

Las primeras prácticas de la ingeniería civil se iniciaron entre los años 4000 y 2000 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 erigían 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.

Uno de estos primeros registros escritos se encuentra en el Dschou-Li, un libro sobre las costumbres de la dinastía Dschou en China escrito por el año 3000 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 3000 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 Vitruvius.

Hasta los tiempos modernos no había una distinción clara entre la ingeniería civil y la 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 École des Ponts et Chaussées, 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 (figura 1), 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.

Figura 1. John Smeaton (1724-1792) con el faro de Eddystone a la izquierda

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 a 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 Santiago Osorio R.

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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.”. 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”.

El Consejo de Acreditación de la Enseñanza de la Ingeniería de México adoptó 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 (ver mapa mental para la ingeniería civil en la figura 3).

Figura 2. Mapa mental para la ingeniería civil

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

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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.

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. 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.

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.

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 una 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.

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 construcción de las pirámides de Egipto (2700 a 2500 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.), 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.

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: Santiago Osorio R.

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1. Asegurar la estabilidad de la obra: estudio de las condiciones de rotura para prevenir el colapso (Factor de Seguridad por resistencia del terreno), y 2. 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.

Figura 3. Pirámides de Giza, Egipto

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 en 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.

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 (figura 4), 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.

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 (figura 5), quien expuso la filosofía de la Mecánica de Suelos en 1925.

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Figura 4. Mapa mental de la Ingeniería Geotécnica

Figura 5. Karl Terzaghi (1883-1963). Padre de la Mecánica de Suelos

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. 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 2000 a 4000 años de antigüedad. Estos pilotes soportaban las casas de los habitantes que las construyeron en el lago para estar protegidos de ataques enemigos. Obras similares también se han encontrado en zonas lacustres de Escocia, Italia e Irlanda. Pons Sublicio (puente de pilotes) es uno de los más antiguos puentes romanos, y la construcción del puente apoyado en pilotes sobre el río Rhin, construido por el ejército de Julio César está bien documentada (figura 6). Hace más de 1300 años, la ciudad de Venecia fue fundada y construida sobre pilotes en el delta del pantano del río Po (figura 7); Amsterdam fue fundada hace más de 1000 años, y se apoyó casi en su totalidad en pilotes hincados.

Los antiguos fenicios construyeron puertos y muelles (como Tiro) utilizando pilotes y métodos de construcción subacuáticos. Los griegos y Romanos utilizaron 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 puente sobre el río Tyne. Vitruvius 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.

Varios problemas relacionados con la ingeniería de fundaciones, tales como por ejemplo el caso de la Torre Inclinada de Pisa (figura 8) y la catedral arzobispal de Riga (en Letonia) (figura 9), 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

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suelos sobre la base del peso unitario del material, que ya no se considera un buen indicador del tipo de suelo.

Figura 7. Hincado de pilotes (izquierda) y cimiento en pilotes en Venecia (derecha)

Figura 6. 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.

Figura 9. Campanario de la catedral de Riga Figura 8. Torre inclinada de Pisa en 1902

La mecánica geotécnica clásica comenzó en 1773 con la introducción de la mecánica a los problemas del suelo por Charles-Augustin Coulomb (figura 10). 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 incluidos aquí los suelos), Coulomb inadvertidamente definió un criterio de falla para el suelo que luego se conoció como Ley de Coulomb. Combinando la teoría de Coulomb con la de Christian Otto Mohr (teoría de ruptura y círculo de esfuerzos, 1871)

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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 Benjamín 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.

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.

Con el desarrollo del ferrocarril a partir de la década de 1830, se enfrentaron nuevos problemas derivados de la baja pendiente, el amplio radio de giro requerido y las elevadas sobrecargas a la subrasante. Pronto se descubrió que el agua en el suelo desempeñaba un importante papel en la compactación de terraplenes y rellenos. Cuando el terreno estaba muy húmedo, el equipo de compactación se hundía y ocurrían fallas. Cuando el terreno estaba muy seco se presentaban asentamientos repentinos durante la temporada de lluvias. Entonces se desarrolló una prueba muy simple para determinar el contenido óptimo de humedad del suelo que consistía en formar una bola densa de material y escupir sobre ella, si la saliva se absorbía lentamente estaba en condiciones óptimas, pero si se absorbía muy rápido o resbalaba, entonces el suelo estaba muy seco o muy mojado, respectivamente. Este ensayo condujo a la prueba de humedad de campo equivalente, posteriormente.

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 Skempton (figura 11).

En los Países Bajos el deslizamiento de un terraplén de ferrocarril cerca de Weesp en 1918 (figura 12) 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.

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 Santiago Osorio R.

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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.

Figura 10. C.A. Coulomb (1736-1806)

Figura 11. A.W. Skempton (1914–2001)

Figura 12. Deslizamiento cercano a Weesp (1918)

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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 A. W. Skempton en “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 posteriormente, 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.

1.1. Referencias Bowles, J. E. (1982). Propiedades Geofisicas de los Suelos. McGraw-Hill. Bogotá, Colombia.

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2. Mesopotamia, Babilonia y Grecia

Reconstrucción de la Visión del Mundo de Homero (1,000 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.

Por el año 9000 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 (figuras 13 y 14). Posteriormente, la revolución agrícola comienza a aparecer en otras antiguas civilizaciones: Hacia el año 6000 A.C. en China, al 5,000 A.C. en Egipto, al 4000 A.C. en México y Perú, y hacia el año 2500 A.C. en el valle del Indo.

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) (figuras 15 y 16), algunas de las propiedades de los materiales: facilidad de cocción, propiedades de plasticidad,

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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.

Figura 14. Imagen satelital de la región de Zagros Figura 13. Montañas Zagros al suroeste de Irán

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 Yu Gong Yi Shan (figura 17), 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.

El caracter 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 larga. La línea inferior representa la tierra y la parte superior indica un terrón de tierra (figura 18). También es un apellido.

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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P á g i n a | 21 Figura 15. Vasija egipcia en cerámica

Figura 16. Alfareros egipcios

Figura 18. Caracter chino para “Suelo”

Figura 17. Ilustración de Yu Gong Yi Shan (China)

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.) (figura 19), 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.

Plinio el Viejo (figura 20) 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.

Figura 19. Teofrasto

Figura 20. Plinio El Viejo

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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 4000 A.C., las antiguas civilizaciones florecieron a lo largo de las orillas de imponentes ríos, como el Nilo (Egipto) (figura 21), 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 2000 A.C., que fueron construidos en la cuenca del río Indo para proteger la ciudad de MohenjoDaro y Harappa (en lo que se convirtió en Pakistán después de 1947).

El antiguo nombre con el que se conoció Egipto - Kemet significa “fértiles suelos aluviales negros”, mientras Deshret significa “tierras rojas desiertas”. Hacia el año 1000 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 (figura 22), capital del nomo I del Bajo Egipto y de las Dos Tierras, fue fundada según Heródoto en el 2900 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.

Figura 21. Delta del río Nilo (Egipto) (NASA)

Figura 22. Menfis

Entre los años 2000 a 3000 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.

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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 (figura 23).

Figura 23. Antiguo seismoscopio chino Zhang Heng

La tradición de valorar la tierra de acuerdo a su capacidad de producción continuó desde los tiempos del Yu Gong 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.

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

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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 (figura 25).

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 (figura 26). 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.

Figura 24. Pirámide del Sol, Teotihuacan, México

Figura 25. Pirámide de la Luna, Teotihuacan, México

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”, lamenta que hasta 1700 los historiadores todavía “buscaban en vano cualquier ecuación matemática o fórmula de Mecánica de Suelos.”

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2.1. Mesopotamia y Babilonia La cultura llamada del Obeid (hacia el 4500 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”) (figura 26), 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 6000 A.C. y corresponde a un andén utilizado por los primeros agricultores en el Reino Unido.

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 (2112-2095 A.C.), primer rey de la tercera dinastía de Ur, en Ur, Eridú, Uruk y Nippur (figuras 27 y 28). 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 (figuras 29, 30 y 31).

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 (figura 32). 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. 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° del círculo. 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 (figura 30). Las zigurat 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.

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Figura 27. Reconstrucción del Templo I (Eridu, Babilonia) por J. Kérisel Figura 26. Mapa de Mesopotamia

Figura 28. Ruinas del Templo I (Eridu, Babilonia) Figura 29. Vista en Planta de Zigurat en Eridu (Babilonia)

Figura 30. Ladrillos de Adobe (barro crudo más paja secado al sol) de la ziqurat de Uruk

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Figura 31. 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)

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Figura 32. La Torre de Babel, pintura al óleo sobre lienzo de Pieter Brueghel el Viejo

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 forma presentada en la figura 33.

Figura 33. Asentamientos y Corrimientos en Zigurats. 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 (figuras 34 y 35).

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 2000 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 pues inventaron la caballería.

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Figura 35. Esquema de Terraplén Reforzado

Figura 34. Estera Tejida de Juncos

2.2. Grecia Hacia el año 1400 A.C., el centro del saber pasó, primero a la isla de Creta y luego a la antigua ciudad de Micenas, en Grecia (figura 36). 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.

Figura 36. Antigua Grecia

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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 (en griego, Μηχανικά) un breve manuscrito atribuido a Aristóteles de Estagira (figura 37) (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.

La mayor aportación de los griegos a la geotecnia fue el desarrollo de la ciencia. Platón (figura 38) 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.

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 (por ejemplo, el agua descendiendo a lo largo de un torrente) y movimientos violentos (por ejemplo, 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 (Strabo) (figura 39) 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 fragmentos de su trabajo histórico Memorias Históricas, en 43 libros, complemento de la Historia del griego Polibio, considerado como uno de los historiadores más importantes, por haber escrito la primera historia universal.

Figura 37. Aristóteles

Figura 38. Platón

Figura 39. Estrabón (grabado del siglo XVI)

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En cambio, sí se recoge casi por ejemplo, en Stonehenge en Inglaterra, 1,000 años completo su magna obra Geographiká después.

(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 Geographiká puede verse un mapa de Europa (figura 40).

Como geógrafo descriptivo rechazó la obra de los geógrafos matemáticos como Eratóstenes de Cirene o Hiparco de Nicea Figura 40. Mapa de Europa de Estrabón 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. A finales del siglo XX 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 (figuras 41 y 42).

Una de las razones por las que Grecia Figura 41. 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 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 Figura 42. Detalle del mapa. Al fin de la Guerra de Peloponeso los Espartanos exigieron su demolición al máximo en Egipto, y aparecen en diversas fechas más adelante en la historia, por

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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, una 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 (figura43) (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.

Alrededor del año 300 A.C., Teofrasto (figura 44), en su tratado “On Stones” (figura 45) 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 qué 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”, 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 del calor en los minerales y sus diferentes durezas.

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Figura 43. Arquímedes

Figura 44. Teophrástus

Figura 45. On Stones

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 de 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 documentados. Akrotiri, en la isla de Thera de tiempos minoicos (también conocida como Santorini), quedó sepulta por depósitos entre 6 y 60 metros de espesor de bombas volcánicas, pómez y ceniza, alrededor de 1,500 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.

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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.

“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.

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.

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. En la figura 46 se ilustran algunos famosos ejemplos del uso de la geometría en las obras griegas.

En el Orden Dórico (figura 47), 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. Los órdenes Jónico y Corintio mantenían básicamente la misma conformación estructural del Dórico (figura 48), soportados por un cimiento continuo en bloques de piedra tallada a manera de cornisa.

Figura 46. Izquierda: Partenón en Atenas (447 A.C.). Derecha: Teatro Griego de Epidaurus (siglo IV A.C.)

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Figura 47. Columnas Griegas

Figura 48. Detalle del Cimiento de Columnas de Orden Dórico

Otro aspecto geotécnico 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 (figura 49). En el Palacio de Beycesultan en Anatolia se aplicó aislamiento sísmico a los elementos estructurales (columnas en madera) a nivel de la cimentación (figura 50). Como se había mencionado antes, también construyeron cimientos aislados lo cual indica que conocían los efectos e implicaciones de la concentración de esfuerzos sobre el terreno de fundación (figura 51).

Figura 50. Aislamiento Sísmico en Anatolia Figura 49. Ganchos para Sismo Resistencia en Estilobato

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En la ciudad de Pérgamon se utilizaron enormes muros de contención y sobrecimientos en piedra, para la construcción del Templo de Demeter (figura 52).

Figura 51. Cimientos Aislados en la Isla de Delos, Grecia

Figura 52. Muros de contención del Santuario de Pérgamon, Grecia

2.2.1. El Partenón Los 20 años de la democracia de Pericles en la ciudad de Atenas (450 A.C. a 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”) (figura 53) para reemplazar un templo anteriormente destruido por el enemigo Persa.

De esta manera surge “El Partenón” (figura 54) 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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.

Figura 53. Acrópolis en Atenas

Figura 54. Partenón

2.3. Referencias Al-Taie, E., Al-Ansari, N. & Knutsson, S. (2012). Progress of Building Materials and Foundation Engineering in Ancient Iraq. Advanced Materials Research Vols. 446-449 (2012) pp 220-241.

Burland, J. B. Burland, J., Chapman, T., Skinner, H. & Brown, M. (2012). ICE Manual of Geotechnical Engineering: Volume I. Chapter 3 A Brief History of the Development of Geotechnical Engineering. Institution of Civil Engineers.

Carpani, B. (2014). A Survey of Ancient Geotechnical Engineering Techniques in Subfoundation Preparation.

Structural Analysis of Historical Constructions. F. Peña & M. Chávez (eds.). Mexico City, Mexico, 14–17 October 2014. En: http://www.hms.civil.uminho.pt/sahc/2014/topic03-fullpaper005.pdf Das, B. M. & Sivakugan, N. (2015). Principles of Geotechnical Engineering. 5th Ed. Cengage Learning. USA. Herle, I. (2004). History of Geotechnical Engineering. Institute of Geotechnical Engineering. TU Dresden. October 2004.

Kérisel, J. (1985). The History of Geotechnical Engineering Up Until About 1700. Proceedings of the Eleventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Golden Jubilee Volume. Rotterdam/Boston: A.A. Balkema. ISSMGE.

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https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Geotechnical_engineering https://en.wikipedia.org/wiki/Geotechnical_engineering https://www.issmge.org/uploads/publications/1/34/1985_06_0001.pdf https://kdar.weebly.com/uploads/2/6/5/2/26526496/ch-01.pdf https://www.newworldencyclopedia.org/entry/Geotechnical_engineering

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3. Egipto e Israel

Figura 55. Los 4 elementos de la naturaleza

La tierra, uno de los elementos más abundantes en la Naturaleza (figura 55), 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 (figura 56).

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 (figura 55), 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.

En la geotecnia, se encuentran integrados los cuatro elementos esenciales de la Naturaleza (figura 55): 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”).

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Figura 56. Fases del suelo

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 denominaba 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.

Claro ejemplo del suelo originado en el Fuego, se encuentra en la erupción del Vesubio, en 79 D.C., que destruyó las ciudades de Pompeya y Herculano (figuras 57 y 58). 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 de las villas destruidas se dedicaban al cultivo de uvas, olivos, cereales, vegetales y frutas. Hubo sismos severos hacia 62 D.C., y posteriormente la erupción en 79 D.C., que causó numerosas 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 luego 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.

3.1. Etruria Los etruscos se ubicaron entre los cursos de los ríos Arno y Tíber, 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,

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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.

Figura 57. Erupción del Vesubio (pintura de 1631)

Figura 58. Dirección y alcance de la erupción del Vesubio

Las distintas tendencias artísticas que abarcaron desde la época de los siglos VII, VI, V A.C., 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 milenio I 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 más 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 (figura 59) eran construidos en madera, enriquecidos con revestimientos y esculturas de bulto y en relieve realizadas en terracota, entre las que se destacan las Antefijas,

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(cabeza insertada en el centro de una aureola o conchilla). A diferencia de los griegos, el edificio se erguía sobre un alto podio.

Lo que marca la diferencia fundamental entre los etruscos y los griegos es la introducción del arco (figura 60) para sustituir las pilastras y el arquitrabe. Esta novedad arquitectónica se transmite a la arquitectura romana.

Figura 59. Templo Etrusco en Madera

Figura 60. Arco Etrusco en Perugia (Italia)

3.2. 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.

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.

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 las zigurats sumerias 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 3,000 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.

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 3,050 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 (figura 61), 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 (figura 62) (3a dinastía), donde se encuentra la pirámide escalonada, realizada por la superposición de mastabas similares a los zigurats sumerios.

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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 disponían de roca en grandes cantidades e Imhotep fue uno de los grandes intérpretes de la construcción utilizando este material mucho más perdurable.

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.

Figura 61. Pirámide escalonada de Djoser en Saqqara en el Bajo Egipto Figura 62. Pirámide de Giza (2750 - 2500 A.C.) y cantera con restos de extracción de bloques de roca. Al fondo, la Gran pirámide de Keops

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 cómo 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, allí nació el término ARKHITEKTON, el primer obrero, el que sabe. No hemos podido aun hoy en día recuperar la sabiduría perdida que los arquitectos egipcios poseyeron.

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3.2.1. 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) (figura 63).

Nivelado el terreno, comenzaba a trabajarse en la galería que conducía a la tumba.

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 230.40 m de lado en una base cuadrada, y originalmente medía 146.30 m de altura. Contenía unos 2'300,000 bloques de piedra, de aproximadamente 1.10 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 (figura 64). El caballo como bestia de tiro se vino a utilizar 1,300 años después.

Figura 63. Cimentación de una Pirámide

Figura 64. Construcción de una pirámide con un plano inclinado

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

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la tarea de desenterrar la pirámide, lo que explica que, con métodos simples, más una fuerza laboral ilimitada, produjeron resultados asombrosos.

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 146.30 m.

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 el proceso de construcción de caissons muchas veces los excavadores debían también ser buzos. Una vez finalizada la excavación se introducían los pilotes en roca tallada.

3.2.2. Los Materiales de Construcción en Egipto 3.2.2.1.

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) (figura 65). Mientras las aguas subterráneas no disolvieran sus cimientos y las inundaciones no los alcanzaran, los bien cuidados muros de ladrillos de barro podían soportar por generaciones.

Figura 65. 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 Santiago Osorio R.

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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.

Un fabricante de ladrillos de barro moderno puede producir entre 1,000 y 2,000 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 5,000 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.

3.2.2.2.

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 (de ser tallada), una consideración muy importante cuando los cinceles eran de cobre o de bronce y las 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.

3.2.2.3.

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 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.

3.2.2.4.

La Madera

No se disponía de madera y por lo tanto la utilizaban con moderación, reservándola para las puertas y ventanas, 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

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como puertas, dinteles, etc., eran retiradas para ser utilizadas de nuevo en otras construcciones (figura 66).

Figura 66. Casa de Djehutinefer

3.2.2.5.

Las Herramientas

Los capataces utilizan varas de medir, cuerdas, líneas de plomada y conjuntos de cuadrados.

El nivel de agua era desconocido, 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 para el transporte de los ladrillos secos se utilizaba un yugo.

Los constructores alisaban 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.

Figura 67. Llanas Izquierda y centro) y plomada (derecha) egipcias

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3.2.2.6.

Los Cimientos

Los cimientos de las construcciones egipcias eran a menudo sorprendentemente someros, consistiendo en una zanja rellena con arena, y con unas hileras de sillería tosca en la parte superior (es probable que la arena tuviese a la vez valores simbólicos y funcionales). Sólo hasta 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. de profundidad. En Luxor, cerca 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 de Líbano prácticamente desaparecieron exportados a Egipto para construir pilotes de cimentación.

3.2.2.7.

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 Período III Intermedio, suficientes peligros los acosaron al punto de invertir en la construcción y mantenimiento de fortificaciones (figura 68).

Figura 68. Detalle de la Paleta Tehenu, Período Pre-dinástico. Se observan las murallas y los enemigos: escorpiones y leones

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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 capa 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 salientes 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 (figura 68).

3.2.3. Una Antigua Obra de Ingeniería que Falló De acuerdo a los hallazgos, en el 2,600 A.C. (justo después de finalizada la primera pirámide en Saqqara) los Egipcios construyeron la Presa Sadd-el-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 12.0 y 14.0 m de altura, 84.0 m de base y 56.0 m de ancho en la cresta, y una longitud de 113.0 m. 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 (figura 69). 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 Santiago Osorio R.

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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 esta falla debieron ser tan graves que los Egipcios dejaron de construir presas durante ocho siglos.

Figura 69. Presa Sadd-el-Kafara

3.2.4. La Construcción de las Pirámides El historiador Heródoto (450 A.C.) describió el proceso de construcción de las pirámides según relato de sacerdotes Egipcios (figura 70): “ 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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.

Figura 70. Construcción de las Pirámides según Heródoto (arriba) - Máquinas de Izado de Rocas según Heródoto (abajo)

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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La más reciente teoría sobre la construcción del arquitecto francés JeanPierre Houdin de abril de 2007, dice que 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 y “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 (2,750 A.C.) (figura 71) 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.

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 (figura 72).

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 (figura 73).

Figura 71. Interior de la Pirámide de Meidum (2,750 A.C.) Vista originada en el deslizamiento en una de las caras

Figura 72. Deslizamiento de la cara lateral en la Pirámide de Dahshur

Figura 73. Confinamiento lateral en Pirámide de Keops

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3.3. 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: Egipto. En señal del pacto, Salomón se casaría 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. 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 (figura74).

Figura 74. Representación del Templo de Salomón

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

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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. En el exterior fueron especialmente célebres las dos columnas de bronce con capiteles vegetales, bautizadas como Yakin, la de la derecha, y Bóaz, la de la izquierda, piezas que hoy en día también forman parte de la simbología esotérica de la masonería. Se trataba de columnas que físicamente no sustentaban nada de la estructura del templo y que, como los obeliscos egipcios, pudieron tener una utilidad ritual. La destrucción del majestuoso edificio tres siglos y medio más tarde fue obra del rey babilónico Nabucodonosor II, no siendo convenientemente restaurado hasta la irrupción en la historia de Herodes el Grande, quien rehabilitó y amplió el edificio hacia el año 20 A.C. Sus espacios devolvieron el eco de las palabras de Jesús, si hacemos caso a los Evangelios, siendo nuevamente destruido por las tropas del romano Tito en el año 70 D.C. 3.4. Referencias Armytage, W. H. G. (1961). A Social History of Engineering. The M.I.T. Press.

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4. El Arquitecto, la Ingeniería Militar y Roma

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.

4.1. Arkhitekton “El obrero del primero, el que sabe cómo construir el templo” Como se indicó en el numeral 3.2, 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. 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.

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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”.

Vitrubio 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 no son arquitectos ni siquiera aun albañiles”.

El arquitecto elaboraba el proyecto de una obra, la forma, 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 A.C. 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. 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 (XI) 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 (figura 75) 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.

4.2. 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 (figura 76) y colocado en el templo de Sippar; asimismo se colocaron otros ejemplares similares a lo largo y ancho del reino.

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Figura 75. Ejemplos de arquitectura romana

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. 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 este 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.

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Figura 76. Código de Hammurabi

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 UrNammu, rey de Ur (2050 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.

4.3. 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.

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. 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 (figura 77).

Hoy día se distingue entre la ingeniería 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 aristocracia 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.

Figura 77. Soldados Romanos Construyendo un Fuerte (Vittorio Raineri)

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 Santiago Osorio R.

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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 entonces Vitruvio 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 (la era monárquica) 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, Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 qué punto debía acudir en caso de ataque, porque 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 (figura 78). A los diversos jefes de las legiones romanas (Praetorium, Quaestorium, Tribuno, 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 existiese. Básicamente seguían un esquema rectangular, rodeados por un foso (fossa); con la tierra extraída 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 (figura 79).

Figura 78. Distribución típica de un campamento romano

Figura 79. Corte del área de defensa

Cada campamento se dividía mediante dos calles principales (figura 78): la via principalis en sentido norte a sur, y la via decumana, en sentido oeste a este. Además, había 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 núcleos urbanos, debido a que en muchos casos se iban instalando familiares de los legionarios y comerciantes.

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4.4. Los Cimientos de los Templos En el Capítulo 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 sólido, la cimentación de estos edificios se excavará sobre terreno firme en una extensión que se ajuste proporcionalmente a las exigencias del volumen de la construcción; se levantará la obra lo más sólida 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 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 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 máquinas; 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 levantarán 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 colocarán 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 número 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 pisará 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

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que esta ahondado o acanalado. Al final del libro describiremos la estructura y la figura para lograr unos plintos que guarden la conveniente correspondencia.”

Las figuras 80 y 81 ilustran una cimentación de un antiguo templo y el proceso de construcción de un templo romano, tallado en piedra, respectivamente.

Figura 80. Cimentación de un templo antiguo en Baalbek, Líbano Figura 81. 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. … “ 4.5. 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 Santiago Osorio R.

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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 1200 A.C., en Beycesultan, Turquía. Uno de los grandes triunfos de la construcción pública durante este periodo fue el Coliseo (figura 82), que fue el mayor lugar de reunión pública hasta la construcción del Yale Bowl en 1914 (figura 83). 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 utilizó durante casi 500 años.

Figura 82. Coliseo (Roma). Capacidad = 50,000 espectadores

Figura 83. Yale Bowl (New Haven, Conn.USA). 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, porque 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.

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 declinó a partir del año 100 D.C., y sus avances fueron modestos. Una innovación durante este periodo fue Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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la invención del alumbrado público en la ciudad de Antioquía, aproximadamente hacia el año 350 D.C. 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 (figura 84). La vía más famosa es probablemente la primera construida hacia el año 312 A.C., la Via Appia, (figura 85) 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.

Figura 84. Vías alrededor de la Roma antigua

Figura 85. 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 (figura 86).

El trazado de la vía incluía dos actividades:

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1. 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 (figura 87)), se iban moviendo hasta formar una línea recta que se convertía en el trazado provisional. Las señales luminosas se colocaban en puntos elevados y es allí donde con frecuencia se encuentran leves cambios de dirección.

2. 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.

Figura 86. Partes de la construcción de vía romana

Figura 87. Topógrafos romanos utilizando la groma

Una calzada romana estándar consistía en una superficie adoquinada (por ejemplo, de grava o piedras) sobre una base sólida de suelo o piedra. En la figura 88, 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 (1.80 m) de alto y 50 pies (15.0 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 (5.0-7.50 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 (9.0 metros) pero comúnmente de alrededor de 25 pies (7.50 m), y en los caminos secundarios de 15-18 pies (4.50-5.50 m) a 1012 pies (3.0-3.50 m). En la figura 89 se presenta un antiguo camino romano al que se le removió el depósito de suelo superficial acumulado a lo largo de los siglos.

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 1.20 m) de ancho. Estas podían 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 (19.0 m).

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Figura 88. Sección de Calzada Romana Figura 89. Vía romana de Uxama a Tiermes

Gran parte del éxito de los romanos consistía en su capacidad de adaptarse 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. 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 2.0 – 3.0 m de distancia, en un suelo que se había dejado sin vegetación (figuras 90 y 91).

Figura 91. Sección Típica de Camino Romano Figura 90. Proceso de construcción de un 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 (figura 91):  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 Santiago Osorio R.

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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.

El espesor de la estructura de pavimento variaba entre 0.90 m y 2.40 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.

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.

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. 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, mediante tornillos de Arquímedes (figura 92). 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.

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

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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.

Figura 92. Construcción de un puente 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 un cañón de un río, con frecuencia requería niveles múltiples de arcos. Uno de los mejor conservados de la actualidad es el Pont du Gard en Nimes, Francia (figura 93), que tiene tres niveles. El nivel inferior también tenía una vía romana para pasar sobre el río.

El libro De Aquis Urbis Romae de Sexto Julio Frontino, Curator Aquarum de Roma, de 97 A.C. 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 de tal documento.

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.

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 María la Judía, fue quien inventó el filtro para mejorar la calidad del agua. En todo caso, ofreció la primera descripción registrada del brebaje.

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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 A.C. y 25 A.C. y su destinatario fue con toda seguridad el emperador Augusto; es el tratado más antiguo de Arquitectura que se conoce como se ha indicado previamente a lo largo del presente documento.

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 grecolatina. 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” (imagen inferior al título del presente capítulo) 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. 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. 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 por entonces 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 de construcción, una vez terminada, alcanzará su plenitud y transformará el entorno con un paisaje inédito como lo demuestran las imágenes de las figuras 94, 95 y 96.

Un libro de Atenaios, titulado 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 prolífico. 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.

Figura 93. Pont Du Gard, Nemes, Francia

Figura 94. Acueducto Romano

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Figura 95. Camino Romano

Figura 96. Cloaca Romana

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.

La Edad Media o periodo medieval, abarcó desde 500 hasta 1,500 D.C., y por lo general, se denomina Oscurantismo al periodo que media entre el año 600 y el 1,000 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.

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.

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 ciencia 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 Santiago Osorio R.

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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.

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: el Coliseo (72 - 80 D.C.), El Panteón (117 - 125 D.C.), el Foro y el Arco de Constantino (Roma) (Construido en el año 313 D.C. para celebrar la victoria de Constantino sobre Massenzio). Es el más 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 de 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: 

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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 augusta 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.

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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.

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 o pozzo (pozo) (figura 97) 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 (figura 98).

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 (figura 99).

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.

4.5.1. Un Puente sobre el Río Rhine El puente del emperador Julio César sobre el Rhine es una obra maestra de la historia de la ingeniería, nadie había construido un puente de tal longitud (500 m.) (figura 100).

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Figura 97. Excavación de un puteus o pozzo

Figura 98. Construcción de un túnel

Figura 99. Construcción de Acueducto romano

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.

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.

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 (figura 100).

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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 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. Dos mil años después, la rampa de Masada aún se conserva para admiración de todos los que acuden a verla a orillas del mar Muerto (figura 101).

Figura 100. Puente sobre el río Rhine construido por orden de Julio César

4.5.2. 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 Santiago Osorio R.

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los mejores ejemplos de casas romanas, por su excelente estado de conservación, en Pompeya, Herculano (Nápoles) y Ostia (Roma).

Figura 101. Construcción del terraplén o rampa de Masada

4.5.2.1.

Figura 102. Rampa de Masada

Domus

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 (figura 102).

4.5.2.2.

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 (figura 103).

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. La superpoblación en Roma da inicio a un tipo de vivienda multifamiliar denominada ínsula (figura 104), 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 ínsulas, y la especulación las transformó en trampas mortales. Incendios y colapsos azotaban este tipo de construcciones, lo que llevaría a que con el tiempo este tipo de viviendas, en las 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 existían, eran comunitarios y estaban 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 eran arrojadas por la ventana a la calle.

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En Ostia, cerca de Roma, es donde mejor se conservan estos edificios, que se dividen en pequeños departamentos 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 viviendas 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 estaba destinada a tiendas y tabernas (tabernae) y a espacios de uso comunal. El empleo de materiales baratos, de escasa calidad, la mala calidad de la construcción, y el frecuente uso de fogones de leña y hornillos para calentarse y cocinar, provocaban frecuentes incendios y colapsos.

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 tenían entre 3 y 5 plantas y se construyeron con madera y adobe, materiales tan poco resistentes que no permitían grandes alturas y ocasionaron multitud de muertos al colapsar o en los numerosos incendios que se producían, generalmente. En el siglo III A.C. se desarrollaron técnicas que permitían construir ínsulas de más de tres 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 espesores 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.

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Figura 103. Domus romana

Figura 104. Maqueta de Roma antigua

Figura 105. Insulae romana (siglo I D.C.)

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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 adquirir los edificios contiguos a un precio irrisorio por el miedo y la incertidumbre, consiguiendo con los años ser dueño de casi todos los edificios de Roma.

Los pisos inferiores eran los más costosos y generalmente eran utilizados como comercios.

Los pisos superiores, de difícil acceso eran más baratos e inseguros, sobre todo 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 más económico, porque sus habitantes eran los más 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 más alto se vivía, y por lo tanto quienes más pagaban 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 para 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 sobre 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.

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 aproximadamente) que fue rectificada por Augusto. Otro emperador en ver los problemas de las ínsulas fue Trajano, quien limitó la altura de las insulaes a Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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6 plantas (17 metros aproximadamente), 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.

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 cómo era las construcciones más precarias.

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 que data de 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, sin posibilidad de que los propietarios pactasen otra distancia.

4.5.3. 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 (figura 106).

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 cantos unidos con una argamasa o mortero líquido. Las paredes internas que dividen las estancias son de estructura más ligera.

La gran aportación de la técnica romana al arte de construir fue la adopción del Opus Emplectum, una adaptación del Emplecton 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. Los romanos universalizaron esta técnica y produjeron una gran cantidad de soluciones prácticas a los problemas que planteaba su ejecución. Como relleno de estos muros emplearon un nuevo material de construcción: el Opus Caementicium (o concreto u hormigón romano. Figura 107), 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. Esta evolución fue Santiago Osorio R.

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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.

Figura 107 Opus caementicium - Muros de carga romanos

Figura 106. Cimentación de muro romano

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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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defecto era que, al endurecer 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 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 (ver numeral 4.4). 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.

Maneja entonces conceptos similares a los empleados por civilizaciones anteriores. En general, todas intentan llegar hasta el estrato de terreno firme debiéndose entender por este término la roca o bien un terreno de soporte 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 una 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 concreto 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.

Los 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.

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5. La Geotecnia y la Hidrotecnia

Tornillo de Arquímedes

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.

Durante la época del Holoceno (8000 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 5000 A.C., pero no había forma de arar la tierra ya que la Edad de Hierro (2.000 A.C. a 600 A.C.) posterior a la Edad de Bronce (4500 A.C. a 2000 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.

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Alrededor del 4400 A.C. se construyeron canales para regar el suelo en el valle del Nilo.

Aproximadamente en el 4000 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 3000 y 4000 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 (figura 108).

Figura 108 Imagen y friso (2000 A.C.) que describen 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, sino que 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 1000 años antes de que fueran abandonados y otros fueran construidos. Incluso hoy en día, entre 4000 y 5000 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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años más tarde, los terraplenes de los canales abandonados aún permanecen. 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 1258 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 II destruyó el área en Armenia, pero trajo el nuevo concepto 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 II 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 1300 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.

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. Fue habitada por primera vez, poco después del 6000 A.C., y en 3000 años se había convertido en el más grande asentamiento de la edad neolítica (5700 - 2800 A.C.) en el mar Egeo. Durante la Edad de Bronce (2800 - 1100 A.C.), la civilización minoica desarrolló y alcanzó su culminación como el primer milagro cultural griego del mundo Egeo.

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 (a quien se le atribuye el palacio del rey Minos, cuna de la leyenda de Teseo y el Minotauro, un hombre con cabeza de toro hijo de Pasifae, esposa de Minos y un toro de quien Poseidón la había hecho enamorar), donde se utilizaron conductos de presión para la distribución de agua. Los sistemas de desagüe (figura 109) constaban de dos sistemas separados, uno para recoger las aguas residuales y el otro para recoger agua de lluvia. Desafortunadamente, alrededor del 1450 A.C., el palacio micénico fue destruido por un terremoto y el fuego, al igual que todas las ciudades palaciegas de Creta.

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 (2000 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.

Un ejemplo de ciudad que aplicó la hidrotecnia es Éfeso (figura 110), 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 Santiago Osorio R.

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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.

Figura 109 Tuberías de acueducto en arcilla en Cnossos, Grecia

Figura 110 Fuente de Trajano (izquierda) y tubos de arcilla encontrados en Efeso (centro y derecha)

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 2000 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 entre el río Nilo y el mar rojo denominado Canal de los Faraones).

5.1. 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 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 en su obra tres tipos de acueductos: (1) los conductos de piedra, (2) las tuberías de plomo o bronce y (3) las tuberías de arcilla, de peor calidad. Las tuberías de bronce y plomo eran demasiado costosas 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 (figura 99) 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 manera tal que formasen una línea de descenso continua, era necesario en muchas ocasiones excavar túneles que atravesaran ciertas montañas intermedias y también construir puentes sobre los valles. 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 (figura 93), 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. La figura 110 presenta una descripción del acueducto romano de 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 (figura 111), e incluso los romanos reconocieron que el agua transportada por tuberías de plomo planteaba un peligro para la salud, aunque desconocían la razón.

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 Santiago Osorio R.

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por las conducciones de acueducto o conductos de presión a un depósito de distribución (castellum) (figura 112). 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.

Figura 111 Acueducto de Segovia

Figura 112 Tubos romanos en plomo

Figura 113 Castellum romano

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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 1000 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 geotécnicas 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 hidrotécnica 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 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 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 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 reforma de las escuelas del medievo hacia el año 1000 en Italia, provocó que casi cualquiera persona pudiera estudiar en las 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 hidrotécnicas. Las obras de Galileo, Blas Pascal, Isaac Newton, M. V. Lomonosov y D. Santiago Osorio R.

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Bernoulli desarrollaron considerablemente la base teórica de la hidrotecnia, posibilitando así la evolución a estructuras hidrotécnicas 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 hidrotécnica, 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).

5.2. Referencias Carpani, B. (2014). A Survey of Ancient Geotechnical Engineering Techniques in Subfoundation Preparation.

Structural Analysis of Historical Constructions. F. Peña & M. Chávez (eds.). Mexico City, Mexico, 14–17 October 2014. En: http://www.hms.civil.uminho.pt/sahc/2014/topic03-fullpaper005.pdf Das, B. M. (1995). Principies of Foundation Engineeriug. PWS Publishing Company. 3rd Ed. USA Kérisel, J. (1985). The History of Geotechnical Engineering Up Until About 1700. Proceedings of the Eleventh International Conference on Soil Mechanics and Foundation Engineering. Golden Jubilee Volume. Rotterdam/Boston: A.A. Balkema. ISSMGE. https://encyclopedia2.thefreedictionary.com/Hydrotechnics https://en.wikipedia.org/wiki/Hydraulic_engineering http://worldwatermuseum.com/the-evolution-of-water-supply-technologies-in-ancient-crete-greece/

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6. Los Cimientos y El Coliseo Romano

Desde tiempos en los que se redactaron los libros de 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 (o parábola de los dos cimientos): “ 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 (figura 114). Las conexiones son conocidas como fundaciones o cimentaciones. Los constructores antiguos sabían que la estructura diseñada con el mayor cuidado puede fallar si no es soportada por un cimiento apropiado. 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. La palabra cimiento proviene del latín caementun y significa “parte del edificio que está debajo de la tierra y que sirve de base para él”. Sus componentes léxicos son: el verbo caedere (cortar), más el sufijo -mento (resultado, medio). Cimiento es un término que alude al sector de una

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construcción que se encuentra debajo de la superficie y sobre el cual se desarrolla la edificación.

También se llama cimiento al terreno que alberga un edificio.

Se denomina cimentar a la acción de establecer los cimientos de una construcción. La cimentación suele desarrollarse cavando para instalar luego los elementos estructurales que sostienen el desarrollo vertical. De acuerdo a las características del terreno, el proceso se lleva a cabo de distintas maneras y con diferentes materiales.

Figura 114 Interacción Suelo-Estructura. Modificación del movimiento del campo libre debido a la presencia de estructuras

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 solo hasta 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. Como se ha venido mencionando en capítulos anteriores, respecto de las cimentaciones es importante recordar lo indicado por Vitruvio: “ 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. “ “ 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. “ Gracias a la descripción de Vitruvio se han podido ilustrar mediante dibujos, las técnicas utilizadas por los Romanos para construir sus cimentaciones (figuras 115 y 116).

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Figura 115 Cimiento descrito por Vitruvio

Figura 116 Máquina de pilotaje romana

Figura 117 Cimiento superficial de un muro romano

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.

Figura 118 Cimiento superficial romano de losa secada al horno con refuerzo de madera

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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.

6.1. El Coliseo Romano La técnica de construcción de teatros 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 (figura 46)).

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 o Colosseo en el actual italiano) fue la mayor edificación construida durante la era romana.

Originalmente denominado 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 en bronce y en cuya mano izquierda porta una esfera, de más de 30 m de altura, y no conservada actualmente (figura 119). 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 (figuras 120 y 121).

Figura 119 Coliseo Romano y Coloso de Nerón a la izquierda

Figura 120 Coliseo den Roma, Italia. Vista aérea

Figura 121 Esquemas del Antiguo Coliseo en Roma

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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.).

El emplazamiento elegido para el nuevo anfiteatro era un área llana entre las colinas de Celio, Esquilino y Palatino, a través del cual fluía una corriente canalizada. El emplazamiento donde se construyó la magnífica estructura 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”. En ella ordenó construir una laguna artificial, Stagnum Neronis, rodeada de jardines y pórticos. El ya existente acueducto Aqua Claudia se amplió para que llegara hasta esa zona, y la estatua gigante de bronce se colocó al lado de la entrada de su vivienda.

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 7,50 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. 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, roca utilizada para su construcción.

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.

6.1.1. La Construcción de la Cimentación El lago artifical de Nerón Stagnum Neronis fue vaciado al río Tíber y luego se inició el proceso de construcción. Se colocó primero una gruesa capa de concreto en el fondo 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 (figura 122).

Los romanos cubrieron la cimentación con una capa de travertino de 90 cm de espesor (figura 123). “Los bloques de las bases de los pilares estaban anclados al piso por pivote y metal fundido” en lugares previamente marcados. Los constructores podrían realizar la construcción en el primer y segundo piso al mismo tiempo. Levantaron el “esqueleto de pilares” hasta el segundo Santiago Osorio R.

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piso y los cementaron con arcos de ladrillo de 2 pies de largo para mayor firmeza. Mientras todavía se trabaja en la planta baja, la construcción de las “bóvedas extendidas” para la cavea y la plataforma de los asientos también podría llevarse a cabo en los niveles superiores.

Figura 122 Sección transversal del Coliseo (70-80 D.C.) que ilustra la cimentación de la mampostería sobre el concreto

Figura 123 Detalle de la cimentación de los pilares del Coliseo en Roma, Italia

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6.1.2. La Construcción de los Muros 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.

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.

6.1.3. La Construcción de la Arena El Coliseo cubre una distancia total de 7,5 hectáreas. El término “Arena” (para el área de espectáculos, está tomado de la 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.

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 (figura 124).

Figura 124 Arena del Coliseo en Roma (izquierda). A la derecha pintura de 1930 que recrea uno de los espectáculos con animales salvajes

6.1.4. 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

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convencionales y anfiteatros. El arreglo se dividió en 5 niveles (cavea) y cada nivel se dedicó a gente de una estatura particular en la sociedad, un rasgo que fue muy frecuente en la época romana.

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 personajes de mayor jerarquía 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. 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 (figura 125).

Figura 125 Sección trasnversal de cavea 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 los personajes más reconocidos por la sociedad.

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.

El Coliseo de Roma 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

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siglo VI D.C. (523 D.C.). Se estima que los juegos en el Coliseo cobraron la vida de unas 500,000 personas y más de un millón de animales. 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.

6.2. Referencias Connolly, P. (2003). Colosseum Rome’s Arena of Death. BBC Books. London.

Herle, I. (2004). History of Geotechnical Engineering. Institute of Geotechnical Engineering. TU Dresden. October 2004.

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https://definicion.de/cimiento/ http://etimologias.dechile.net/?cimiento https://www.inexhibit.com/mymuseum/colosseum-flavian-amphitheater-rome/ https://www.pilebuck.com/foundation/introduction-pile-driving-hammers-techniques/ https://sites.google.com/site/las7maravillasmarino/coliseo-romano http://www.the-colosseum.net/around/Mickute.htm

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7. China, la Tierra Apisonada y La Ingeniería en Europa

Canal Yun Ho o Gran Canal. China

7.1. 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. 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.

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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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.

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.

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 (figura 126).

7.2. 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.

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 Santiago Osorio R.

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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. 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.

Figura 126 Pagoda china

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 (figura 127) y partes del Palacio de Potala en Lhasa (Tibet) están hechas de tierra apisonada (figura 128). En el norte de África y España, los musulmanes bereberes utilizan tapial para construir las fortificaciones durante el califato islámico.

Los primeros muros de la Gran Muralla China (figura 129), en su mayoría del Período de los Estados Guerreros, así como las dinastías Qin y Han, consistían principalmente en tierra apisonada. Puede pensarse que eran materiales de construcción endebles, pero estos primeros muros fueron sorprendentemente resistentes (hoy existen aún fragmentos a pesar de milenios de erosión en climas hostiles) (figura 130). Los chinos utilizaron esta técnica de tierra apisonada (o aplastada) desde la cultura Yangshao (alrededor de 5000 - 3000 A.C.). Baste decir que los chinos eran bastante buenos para construir fuertes murallas o fortificaciones a lo largo de sus fronteras.

Debido a su disponibilidad local, la mayoría del Muro se construyó con “loess” o suelo rico en arcilla, utilizando una antigua técnica de construcción de muros llamada hang-tu, cuya técnica básica es la siguiente: se vierte una capa de tierra y grava dentro de persianas de madera extraíbles (como vertiendo concreto hoy día), se apisona firmemente una capa a la vez y repite de nuevo el procedimiento (figura 131). Cada capa comenzaba con aproximadamente 7 pulgadas (18 cm) antes de ser compactada a 5 pulgadas (13 cm). Estos muros de tierra apisonada se erigieron particularmente bien en áreas áridas.

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Sin embargo, construir la Gran Muralla en el desierto presentaba su propio conjunto de desafíos. Con mucha arena y poco más, los constructores tuvieron que improvisar. Hicieron uso de grava y plantas nativas del desierto, especialmente la planta de tamarisco. Usados en conjunto, crearon materiales de construcción compuestos sorprendentemente fuertes al agregar materia vegetal en descomposición para mayor soporte fibroso (y también aumentaron la resistencia al instalar una capa de ramas intercalada) (figura 132). Hasta el día de hoy, puedes ver las ruinas de las paredes de la era Han en el desierto que miden hasta 10.5 pies de altura (3.2m).

Figura 127 Técnica de Compactación del Suelo en la Antigua China

Figura 128 Tierra apisonada en India

Figura 130 Sección existente de la Gran Muralla China en el desierto construida en tierra apisonada

Figura 129 Construcción de la Gran Muralla China

Otras áreas del muro eran principalmente muros de piedra, que se construyeron en China durante varios milenios. Los primeros muros eran estructuras de paneles de yeso sin ningún mortero. Pero cuando se colocaban cuidadosamente uno encima del otro, se convirtieron en robustos muros de roca que alcanzaron los 6 m de altura. Posteriormente se agregó mortero para aumentar la robustez y evitar que las plantas crecieran entre las grietas. Mucho más tarde, durante los muros de la dinastía Ming de los siglos XV y XVI, grandes bloques de granito, piedra caliza e

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incluso algunos mármoles fueron extraídos localmente y utilizados como principales materiales de construcción. En algunos lugares de la pared, los constructores de Ming agregaron bajorrelieves y placas ornamentales tallados.

Figura 131 Hang-tu Técnica de Tierra Apisonada de la Antigua China

Figura 132 Intercalado de ramas entre capas de suelo apisonado en la Gran Muralla China

La tierra apisonada, también conocida como rammed earth (o tamped 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. En las figuras 133 y 134 se ilustran los apisonadores manuales y las formaletas típicas de la técnica). La construcción moderna puede ser más eficiente mediante el empleo de equipo compactador neumático de alta potencia.

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

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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.

Figura 133 Apisonadores manuales Figura 134 Encofrados o formaletas

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 Santiago Osorio R.

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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 pueden 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.

7.2.1. 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.

7.2.2. 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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El siglo XIX vio 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. 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. 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 técnica de construcción con tierra. 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.

En las figuras 135 y 136 se presentan algunos ejemplos de edificaciones construidas con tierra apisonada.

Figura 135 Iglesia de la Santa Cruz, Stateburg, Carolina del Sur

Santiago Osorio R.

Figura 136 Interior de una vivienda en tierra apisonada

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7.2.3. Mecanismo de Estabilidad de la Tierra Apisonada 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 más 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 (figura 137).

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 no saturado. Cuando el suelo se satura, estos puentes son eliminados y la tierra apisonada pierde su resistencia y se comporta como un material puramente friccionante. Entonces el suelo es incapaz de mantener las caras verticales necesarias para las paredes, y se apoya a su ángulo de fricción natural (figura 138).

Un aumento en el contenido de agua de la tierra apisonada reduce su resistencia y rigidez, y aumenta su ductilidad.

Figura 137 Unión de partículas de suelo debida a la succión

Figura 138 Puentes de agua entre los granos de suelo

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Como se indicó antes, 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. 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 (figura 138). 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. 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.

En países donde la construcción de tierra apisonada se encuentra reglamentada por ley, se recomienda que los muros se deben 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 (por ejemplo, la 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 (figura 139).

7.3. 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 Santiago Osorio R.

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precursores del concreto u 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 (ver numeral 4.5.3).

Figura 139 Cimentación recomendada para muros en tierra apisonada

En los lugares donde la piedra escaseaba o era excesivamente costoso conseguirla, ésta se sustituyó por el barro en forma de adobe (ladrillo de barro secado al sol). Asimismo, se puede establecer un paralelismo entre el emplectum y el tapial (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 plantas, algunos de los cuales perduran en Yemen.

Pero el material más empleado para realizar muros de carga es el ladrillo (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 concreto en masa, donde, como sucediera en el tapial, este 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 concreto reforzado 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 como muros de contención de terrenos 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.

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7.3.1. Cimentación para Muros de Carga 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 penetre, puncione o se clave en el terreno. La cimentación de los muros de carga adopta la forma de zapata lineal o zapata corrida.

7.3.2. Huecos en Muros de Carga Por su naturaleza, los muros son superficies continuas. Sin embargo, es necesario practicar aberturas en ellos para conformar vanos de ventanas o puertas, que iluminen, ventilen o comuniquen las estancias interiores. Para ello se utilizan dos métodos de confinamiento de los vanos: el dintel, o el arco.

7.3.3. 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.

7.3.4. 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.

7.3.5. 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.

7.4. Muralla Dacia 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.

Santiago Osorio R.

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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 (figura 140). 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.

Figura 140 Murus Dacicus

7.5. La Ingeniería en Europa 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, por el año 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 aconteciendo una revolución en el razonamiento con relación a la naturaleza y actividad de la materia. El movimiento, la fuerza y la 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 una mezcla de 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 daños 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 Santiago Osorio R.

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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 comisionó 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, la 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, Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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 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 École Polytechnique, 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 Santiago Osorio R.

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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 ingeniería 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 ingenieril 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.

Los avances técnicos del siglo XIX ampliaron en gran medida el campo de la ingeniería e introdujeron un gran número de especializaciones. Las incesantes demandas del entorno socioeconómico del siglo XX han incrementado aún más su campo de acción; y se ha producido una gran diferenciación de disciplinas, con distinción de múltiples ramas en ámbitos tales como la aeronáutica, la química, la construcción naval, de caminos, canales y puertos, las telecomunicaciones, la electrónica, la ingeniería industrial, naval, militar, de minas, la geotecnia y

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geología e informática. Además, en los últimos tiempos se han incorporado campos del conocimiento que antes eran ajenos a la ingeniería como la investigación genética y nuclear.

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8. La Torre Inclinada de Pisa

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 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 inclinarse al ser terminada la tercera galería de las ocho que tiene la estructura. Los trabajos se interrumpieron para modificar planos y luego continuaron, para ser finalizada 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 espesor, 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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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.

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 (figura 141).

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 sepultado de un río cercano.

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 (figura 142).

Figura 141 Torre de Pisa en 1957

Figura 142 Historia de la construcción de la torre

Han transcurrido 8 siglos desafiando la gravedad y en la actualidad la parte superior de la torre está descentrada unos 5.227 m del eje, hacia el sur (figura 143). 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 diferencialmente, 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

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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 (figura 144).

Figura 144 Perfil del terreno de cimentación

Figura 143 Sección transversal por la máxima inclinación de la torre

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.

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 y 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 Apuntes de Geotecnia con Énfasis en Laderas – La Ingeniería Geotécnica Antes del siglo XVIII

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muy perpendiculares. Un documento publicado en 1298, durante la construcción, discute 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 (‘il Funerale di San Ranieri’).

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 euros; la torre fue reabierta al público el 16 de junio de 2001.

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 que se descartó 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.

Finalmente 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.

En las figuras 145, 146, 147, 148, 149 y 150 se presentan las diversas alternativas de estabilización que se han propuesto e implementado en la torre.

En Bologna, Italia, se construyeron dos torres en el siglo XII (Asinelli y Garisenda) (figura 151). 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. 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. En la figura 152 se observan las bases de ambas estructuras. 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.

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Figura 145 Intento de corrección durante la construcción

Figura 147 Base anclada de la torre

Figura 146 Propuesta de recuperación mediante anclaje

Figura 148 Trabajos en la base de la torre

Figura 150 Fila de 41 barrenos para recuperación de la torre

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P á g i n a | 122 Figura 149 Esquema del proceso de recuperación

Figura 151 La torre Garisenda se inclina a la izquierda

Figura 152 Bases de las torres Garisenda y Asinelli

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. Durante el siglo XIII, muchas torres fueron destruidas o demolidas, y otras simplemente se derrumbaron. Posteriormente, muchas torres se utilizaron para otros menesteres: cárceles, torres urbanas, tiendas y viviendas. 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 como se aprecia en la figura 153), 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).

Figura 153 Reconstrucción de Bologna (Italia) en la Edad Media con sus 180 torres

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,

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pero fue recortada en el siglo XIV para evitar un colapso. La torre Garisenda saltó a la fama internacional, cuando el escritor Dante Aligheri la mencionó en varias de sus obras.

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° (figura 154).

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 (figura 155).

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.

Figura 154 Algunas torres antiguas inclinadas

Figura 155 Inclinación de la torre del campanario de Suurhusen

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Relatos de la Geotecnia https://geotecnia-sor2.blogspot.com/

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