PERSPECTIVAS DE LA PRACTICA PROFECIONAL EN GEOTECNIA

La ingeniería geotécnica, aprovecha los avances de la ciencia como herramienta, para el diseño y posterior construcción, de las numerosas obras de ingeniería en el país. En la Practica Profesional en Geotecnia (PPG), se considera: La ingeniería, la consultoría y la Asesoría geotécnicas y como herramientas de la misma: La exploración del subsuelo, la ejecución de ensayes de campo y laboratorio.

Introducción

El trabajo de K. Terzaghi permitió que la Mecanica de Suelos se convirtiera en la principal herramienta, de la Ingeniería geotécnica.

El Ingeniero geotecnista, en el papel del diseño y la construcción de obras de ingeniería debe estar consciente que los materiales térreos y pétreos constituyen un importante ingrediente.

La Ciudad de México y su antecesora la gran Tenochtitlan, constituyen una notable cuna de la Ingeniería geotécnica, en México, basandose en las experiencias de las cimentaciones en suelos blandos.

Mas adelante, la sociedad internacional de la especialidad y sociedades nacionales, se encargaron de a nivel mundial, los conocimientos, basicos de la mecanica de suelos, que después llegaron a México a mediados del siglo XX.

Papel del profesional en geotecnia.

La ingeniería geotécnica, tiene por objeto llevar a cabo el diseño de obras de ingeniería, que posteriormente se hacer realidad a través de su construcción.

Cuando la construcción de una obra de ingeniería es con una realizaciónimpulsiva, no se cumplen las expectativas económicas o sociales para las que fueron empleadas, resulta un costo mayor al presupuestado, y/o a un plazo mas largo que el programado, se provoca descontento entre los beneficiados y un descredito a quienes la realizaron.

Todo esto es por hacer una mala planeación, aunada a un diseño ingenieril, escaso, inadecuado o practicamente inexistente.

Para realizar exitosamente una obra de ingeniería civil es necesario empezar por una planeación racional, escalonada en etapas, donde la información geotécnica del sitio y los diseños geotécnicos, constituyen un importante pilar en el éxito de la obra.



El Dr. Carlos Tapia, dice que el éxito de una obra descansa, en el alineamiento de funciones, la gestión tecnológica y la practica de la Ingeniería de valor.

“La insuficiente planeación” es una de las principales causas de fallas en los Proyectos.

El ingeniero geotecnista, tiene que identificar desde el principio, los posibles riesgos de la construcción, asociables al subsuelo y a sus particulares propiedades geotécnicas, ya que, como se sabe, construir en suelos o rocas, inestables, heterogéneos o blandos, implica tomar mayores riesgos. Es por ello fundamental la realización del diseño de una obra, y la identificación de su procedimiento constructivo, así como una experiencia confiable, un sano juicio ingenieril, y una acertada intuición.

Imagen del ingeniero civil/geotecnista.

Los diseños de los ingenierosciviles/geotecnistas, permiten construir obras basicas, para el bienestar de la humanidad, pero la sociedad ignora estas valiosas contribuciones.

El Dr. Brandl nos dice que la razón principal de esta falta de reconocimiento es porque muchas de sus hazañas se dan por aceptadas. Como simplemente funcionan no son tomadas como un logro para los medios.

Sin embargo, cuando las fallas en una obra son evidentes y salen a la luz, el festín de los medios, quienes consideran que solamente las malas noticias, son buenas noticias.

Un ingeniero que ofende a las verdades de la teoría de la resistencia de los materiales, sera aplastado por su propia violación.

Enlace entre la teoría y la practica.

En la actualidad, el impulso de la tecnología computacional sirve como una excelente herramienta, que nos permite alcanzar notables logros, aun así no se debe olvidar, que la experiencia transformada en un saludable juicio ingenieril, juega un papel relevante en la aceptación de los calculos efectuados y el la validación de la precisión al problema.

El ingeniero civil/geotecnista, debe saber combinar apropiadamente sus conocimientos teóricos, con su experiencia.

Diseño.

Todo diseño formal empieza por una adecuada investigación del subsuelo. El diseño geotécnico y la correspondiente construcción, requiere no solamente de un conocimiento teórico, sino también una experiencia amplia, un saludable juicio ingenieril y la voluntad de asumir responsabilidades.



Un diseñadorresponsable, debera realizar investigaciones detalladas del sitio, para llevar a cabo pronósticos geotécnicos realistas, con respecto a los riesgos identificados, que eventualmente tomara en cuenta en su diseño.

Adicionalmente realizara un seguimiento confiable del comportamiento de su obra, complementado con un retro analisis para confirmar la bondad de la solución adoptada.

Para que un diseño sea realizable, es necesario tomar en cuenta las capacidades de la fuerza laboral local para materializarlo.

Educación continúa.

El rapido cambio tecnológico, nos lleva mantenernos actualizados. Sin embargo, debe distinguirse la validez del conocimiento nuevo con el conocimiento confiable.

Ética ingenieril.

La industria de la construcción ha sido frecuentemente acusada de malas practicas y corrupción.

La ética debe fundamentarse en el mundo real y aplicarse a la practica.

Se dice que la ética ingenieril debe alimentarse con una importante dosis de:

* Competencia.
* Dedicación.
* Autodisciplina.
* Cuidado.
* Estado de alerta.
* Precaución anticipada.
* Honestidad consiente.

Si un ingeniero inicia su actividad profesional siendo conciente, terminara siendo honesto, puesto que la ingeniería competente, y de excelencia, contienen en su esencia el que prevalezca, la verdad.

Ética también significa humidad y modestia, por lo tanto los ingenieros deben actuar solamente en el entorno de su competencia.



Perspectivas.

LaPractica Profesional en Geotecnia, seguira teniendo a futuro, un papel relevante, durante la planeación, diseño y la construcción, de la gran mayoría de las obras de ingeniería.



DEL EMPIRISMO PURO A L A CIENCIA

Las particulares características de nuestro suelo, la aplicación de la ciencia y la experiencia en la practica han llevado a México a los mejores niveles del mundo en materia de geotecnia.

Hace cincuenta años los conceptos de los problemas de los suelos y de las rocas eran diferentes. El origen de la Mecanica de Suelos en México es un periodo que se inicia con la finalización de la estructura del Palacio de Bellas Artes, en el año 1925.

El Palacio de Bellas Artes es un edificio, que tiene una cimentación y una estructura bastante rígida, con base en muros de concreto, este se inclino hacia el noroeste y después se hundió.

En 1914 se encontraron con el problema de una cimentación que se hundía de manera distinta y se ponía en riesgo su propia estructura. Había una diferencia de nivel en el agua entre la esquina sureste y la noroeste, en diagonal.

Para resolver el problema, comenzaron, con la construcción de un tablaestacado de acero alrededor para formar un recinto impermeable, para que entonces se emparejara el nivel. La tablaestaca no había modificado nada la situación que pensaban ellos era la causa del problema, así que decidieron impermeabilizar las juntas de la tablaestaca. Inyectaron el suelo con cal, cemento y un poco de arena, para crearlesuna pantalla impermeable.

Observaron que la impermeabilidad hizo disminuir la velocidad con que se estaba inclinando, e hicieron una serie de campañas progresivas, y cada vez mejoraba mas la situación, hasta que llegaron a revertir el proceso de inclinación.

El llamado método observacional les indicaba que estaban haciendo la acción adecuada, y en efecto, lograron detener la inclinación, mas no el hundimiento general.

Mas tarde, el doctor Terzaghi y sus discípulos Nabor Carrillo y Raúl Marsal visitaron Bellas Artes, llegaron a la conclusión que de que el proceso de hundimiento estaba a punto de terminar, que ya no valía la pena hacerle nada al Palacio, sino dejarlo como estaba y que se hicieran después las reparaciones y adecuaciones para su buen funcionamiento.

Por otra parte el drenaje profundo es otra obra digna de analisis. Su construcción se inicio en el sexenio de Díaz Ordaz, simultaneamente se construía el Metro. Era un gran desafío, dos obras de esa magnitud en la misma ciudad.

El drenaje profundo avanzaba, pero con dificultades por la diversidad de las rocas que atraviesa: 36 tipos distintos de condiciones de rocas y en forma completamente inesperada. Durante seis años los túneles tenían apenas un avance de 18 kilómetros y una construcción de 24 lumbreras de acceso a la obra.



Terminado el metro, el presidente Luis Echeverría considero urgente terminar el drenaje profundo. La amenaza de inundación había crecido y era indispensable acelerar laobra.

Faltaban 50 kilómetros de túnel y en seis años solo se habían hecho 18, era un reto muy fuerte. Sin embargo, eso obligo a replantear no solo la organización sino también los métodos y los criterios de construcción de la obra.

Existía una excelente información geológica y una experiencia real de los problemas que todas las variables de roca presentaban, Había ya un catalogo de problemas y métodos empleados. Nuestro trabajo fue correlacionar ambas cosas, hacer predecible lo que hiba a pasar frente del túnel.

Nuestra contribución fue justamente aprovechar esa clasificación de las rocas basada en el estudio geológico de Federico Mooser.

Por otra parte, el metro constituyó una experiencia en el manejo de los problemas de inestabilidad y de los grandes movimientos, desplazamientos, hundimientos y expansiones que sufre el suelo de la ciudad.

Fue el estudio de una empresa mexicana que gracias a un planteamiento completamente diferente, hizo que se viera factible su realización económicamente y técnicamente hablando. Se trataba de hacer una excavación a cielo abierto, con muros de concreto colados en el lugar y luego integrados a la estructura misma del cajón. Era un subterraneo muy cerca de la superficie.

La catedral contribuye a la compresión de las propiedades de las arcillas del Valle de México. La presencia de monumentos aztecas, habían creado zonas muy comprimidas, y por lo tanto habían aumentado la resistencia de la arcilla que estaba debajo, esto es,crearon cierto endurecimiento respecto de la arcilla circundante.

Los primeros templos estan debajo de la abside de la Catedral, ahí habíamos notado claramente que tenía una zona dura, el resto estaba sobre algo que no era tan duro y que se hundía a mayor velocidad inclinandola.

La solución al problema de la Catedral fue excavar la arcilla a 15 metros de profundidad bajo los cimientos para restarle apoyo y que descendiera la parte alta, logrando así por lo menos parcialmente ese hundimiento.

En conclusión la experiencia de los últimos cincuenta años de la mecanica de suelos y la geotecnia en México ha sido favorable gracias a que vivimos en los suelos mas difíciles y por consecuencia hemos aprendido como solucionar problemas a los hundimientos que ocurren en la ciudad.

La Ciudad de México se Hunde.

En la Ciudad de México, algunas de las viejas estructuras, presentan perpectivas onduladas. Debido a la falta de uniformidad en su asentamiento, esto es porque México flota virtualmente sobre la superficie de un lago subterraneo semifluido. La ciudad se levanta sobre una delgada capa de tierra, debajo de la cual hay cientos de metros de una materia de tipo coloidal compuesta de agua y ceniza volcanica, conocida como “jaboncillo”. El Jaboncillo consiste de 93 porciento de agua y 7 por ciento de ceniza volcanica, hay unos 20 diferentes mantos de arcilla, arena o grava, todos saturados con agua.

Los aztecas soportaban sus edificios sobre estacas de madera queintroducían en la tierra, y los españoles adoptaron la misma practica.

La construcción de edificios de mayor altura parecía practicamente imposibles, hasta que descubrieron que podían ser anclados en bancos de arena o de arcilla firmes situados a 30 o 45 metros bajo la superficie.

Las nuevas construcciones se estan realizando con un nuevo principio. Su diseño especial permite que el edificio flote sobre la tierra. Como no es mas pesado que la tierra que remplaza, no altera la posición vertical de las edificaciones adyacentes.

Esta idea fue originada por el Ing. José A. Cuevas, que aplico este principio a la construcción del edificio de la Lotería Nacional.

El Ing. Cuevas instalo tres enormes tanques de agua para lastre debajo del sótano, a fin de que el edificio pueda ser devuelto a la posición vertical en caso de que se incline.

El resultado de ello es que el rascacielos no solamente flota, sino que puede maniobrarse también.

En teoría el Edificio de la Loteria Nacional permanecera siempre en posición vertical , pero en realidad exite la posibilidad de que se incline si construyen cerca un edificio con cimentación de pilotes.

El Ing Cuevas descubrió, gracias a sus experimentos en el sub-suelo que la Ciudad de México, incluyendo los espacios desocupados, como parques y plazas, se esta hundiendo paulatinamente, a un ritmo acelerado y que, en el presente algunas partes del valle se estan hundiendo a razón de 30 cm por año.

Lo que sucede es que la Ciudad seesta bebiéndose en sus propios cimientos. Habiendo mayor necesidad de agua, números entidades industriales y gubernamentales han perforado pozos hasta las capas artesianas, hoy estas capas todavía suministran agua. El agua debe ser bombeada lo que provoca que lentamente se separe de la ceniza volcanica que forma jaboncillo , para compensar el líquido extraído de las capas de grava. Desprovisto de su agua, el jaboncillo se contrae y da origen, por lo tanto, al hundimiento general del suelo.

La conformación del subsuelo presenta problemas de grave urgencia y, a no ser que se tomen medidas drasticas para solucionarlos. Es preciso construir nuevos drenajes con pendientes mas pronunciadas; mediante un programa preventivo el suelo debilitado del valle pude seguir sirviendo de cimiento.












Aportes de la ingeniería geotécnica mexicana en la ingeniería mundial

Las condiciones tan difíciles el subsuelo de la Ciudad de México. El construir en esas zonas ha sido un reto para la mecanica de suelos. Se llego a pensar que en México no se podría construir obras como el metro, y lo hemos hecho, aunque desde luego con problemas que se habran que mejorar.

La ingeniería de cimentaciones ha hecho muchas aportaciones a la ingeniería mundial, diferentes sistemas de cimentación han sido diseñados o creados por personajes identificados por la SMMS.

Leonardo Zeevaert. Desarrollo varios tipos de cimentaciones, y uno en particular se trata de cimentaciones compensadascon pilotes de fricción. Para ciertos tipos de estructura y de suelos de alta compresibilidad se comporta adecuadamente.

El hundimiento de la Ciudad de México en 1907

Hasta 1898 se comenzó a caer en cuenta que la Ciudad se hunde, pues aunque desde 1860 y 1861 se hizo la primera nivelación general de la Ciudad, en 1876 y 1877 la segunda, en 1892 la tercera y la rectificación de esta última en 1897 y 1898, no había concordancia en las cuatro nivelaciones y, por el contrario, existían grandes diferencias que no era posible atribuir a errores habidos en el trabajo. En vista de esto, el estudioso Ingeniero D. Gabriel M. Oropeza, que había trabajado personalmente en las dos últimas, en un extenso artículo que escribió para la Sociedad Científica “Antonio Alzate” de la cual era miembro, hace una relación pormenorizada de las cuatro nivelaciones, y termina su escrito con cuatro tablas comparativas de varias de ellas, en que se manifiestan diferencias de 0m.30, de 0 m.35 y hasta de 0 m.40 en muchos puntos; lo que prueba que todavía en 1898, y aun por personas entendidas, no se creía en los hundimientos, pues de haber tenido esa creencia, no se habrían preocupado de la exactitud de las nivelaciones y sólo debieron haberse comprobado con la mira de hacer el estudio de los hundimientos.

En Marzo de 1900 se terminó la obra del Desagüe del Valle de México, y el túnel de Tequisquiac comenzó a funcionar desde entonces, el túnel esta arrojando fuera del Valle una cantidad de 3.800litros por segundo, en promedio general, y por consiguiente en los siete años y tres meses transcurridos

En 1903 quedó casi terminado el saneamiento de la Ciudad y su drenaje funcionando bien, a la vez que para el del Valle estaba ya sirviendo de dren el Gran Canal desde hacía mas de dos años.
En el Valle, los efectos de su drenaje han sido desastrosos para el Gran Canal y las obras del Desagüe, pues el primero ha sufrido grandes desperfectos, los mayores en 1904, y las últimas los tienen con frecuencia en sus compuertas, puentes y demas obras de arte de las que quedaron terminadas en 1900; todo lo cual se remediara con la experiencia, el estudio y el trabajo.
La Ciudad ha tenido para los hundimientos, desde su fundación hasta el año de 1900, han venido a agregarse recientemente otras que aceleran dichos hundimientos: La primera y principal es la retirada del agua del subsuelo, coincidiendo con el establecimiento de los tranvías eléctricos que sin interrupción producen fuertes vibraciones con sus pesados vehículos; y por último, los pesados cimientos de plataforma que se estan empleando para los grandes edificios.

Reseña histórica de la Mecanica de Suelos.

Con una mirada retrospectiva hacia los escritos sobre construcciones erigidas por los romanos, chinos, egipcios y mayas, se tiene la clara evidencia dela atención que nuestros antepasados ponían en las obras de tierra y sobre la tierra. Asi se tienen noticias de instrucciones claras sobre la construcción de caminos ypuentes. La Gran Muralla China, las Piramides de Egipto, Las Piramides de Chichen Itza y otras notables y enormes obras.

Despues de la caída del Imperio romano se descuidaron los aspectos técnicos sobre los suelos, llegando a su punto mas bajo en el periodo medieval.

Asociadas a la construcción de puentes y caminos en los siglos pasados, se encuentran obras sobre suelos comprensibles que han tenido hundimiento como son

El domo de Konisgsberg, en Prusia, cimentado sobre una capa de suelo organico en el año 1330, capa que descansa sobre otra de 18 m de limo aecilloso, cuya consolidación gradual y continua no ha podido terminar, teniendo ya mas de 3 cm de asentamiento.

La Torre de Pisa, cuya construcción se ladeo al construirse la tercera galería de las ocho. Una investigación del subsuelo indica que la torre fue cimentada sobre una corona de concreto sobre una capa de arena, la cual descansa sobre una capa de arcilla, que se ha ido consolidando debido a las presiones transmitidas por la estructura.

No fue sino hasta, principios de este siglo, en 1913, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó por primera vez, en forma sistematica y organizada, realizar estudios que corrigieron vicios seculares en el tratamiento de suelos. Poco después, un hombre hizo investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una Universidad en cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecanica de Suelos. Este hombre fue el profesorKarl Terzaghi, quien publicó en 1925 su Mecanica de Suelos en Viena.
Durante los últimos años se han estado empleando cada vez mas los vocablos geotécnia y geomecanica para significar la asociación de las disciplinas que estudian la corteza terrestre desde el interés de la ingeniería civil. A la vista de los tres materiales sólidos naturales que ocupan nuestra atención, podemos dividir la geotécnia en: mecanica de suelos, mecanica de rocas y mecanicas de nieves.

Exploración y muestreo de suelos

Esto es una necesidad que se tiene que contar tanto en la etapa de proyecto, como durante la ejecución de la obra que se trate, con datos firmes, seguros y abundantes respecto al suelo con el que se esta tratando. El conjunto de estos datos debe llevar al proyectista a adquirir una concepción razonablemente exacta de las propiedades físicas del suelo que hayan de ser consideradas en sus analisis. En realidad es en el laboratorio donde el proyectista ha de obtener los datos definitivos para su trabajo; primero, al realizar las pruebas de clasificación ubicara en forma correcta la naturaleza del problema que se le presenta y de esta ubicación podra decidir, como segunda fase de un trabajo, las pruebas mas adecuadas que requiere su problema particular, para definir las características de deformación y resistencia a los esfuerzos en el suelo con que haya de laborar. El conocimiento anticipado de tales problemas permite, a su vez, programar en forma completa las pruebas necesarias para laobtención del cuadro completo de datos de proyecto, investigando todas aquellas propiedades físicas del suelo de las que se pueda sospechar que lleguen a plantear en la obra una condición crítica.

Tipos de sondeos. Los tipos de sondeos que se usan para fines de muestreo y conocimiento del subsuelo, en general, son los siguientes

• Métodos de exploración de caracter preliminar
1. Pozos a cielo abierto, con muestreo alterado o inalterado
2. Perforaciones con porteadora, barrenos helicoidales o métodos similares
3. Métodos de lavado
4. Método de penetración estandar
5. Método de penetración cónica
6. Perforaciones en boleos y gravas

• Métodos de sondeo definitivo
1. Pozos a cielo abierto con muestreo inalterado
2. Métodos con tubo de pared delgada
3. Métodos rotatorios para roca.

• Métodos geofísicos
1. Sísmico
2. De resistencia eléctrica
3. Magnético y gravimétrico.

Un aspecto importante sera siempre que la magnitud, tanto en tiempo como en costo, del programa de exploración y muestreo este acorde con el tipo de obra por ejecutar.

Karl Terzaghi, el padre indiscutible de la mecanica de suelos, nació en Praga, Checoslovaquia, y murió en los Estados Unidos de Norteamérica, a los ochenta (80) años de edad. Trabajó en Austria, Hungría y Rusia, de 1915 a 1911. Fue profesor del Robert College de Constantinopla, de 1915 a 1925. Enseñó ingeniería de fundaciones en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, entre 1925 a 1929, dedicandose simultaneamente a lapractica consultiva en Norte y Centro América. Catedratico en Viena, de 1929 a 1938, comenzó a laborar a partir de este último año con la Universidad de Harvard. Su obra 'Erdbaumechanik', publicada en 1925, en Viena y en idioma aleman, marcó el nacimiento de una nueva disciplina.
Arturo Casagrande, aleman de origen, emigró a los EE.UU. en 1926. Alumno sobresaliente y compañero de Terzaghi, es después del maestro la figura mas relevante en la mecanica de suelos; siendo notables sus contribuciones en equipos y sistemas al estudio de la plasticidad, consolidación y clasificación de los suelos. Organizó junto al Dr. Terzaghi el Primer Congreso de Mecanica de Suelos y Fundaciones, celebrado en la Universidad de Harvard, Cambridge, Massachusetts, en el año de 1936, habiendo sido presidente de la Sociedad Internacional de Mecanica de Suelos y Cimentaciones.
Bjerrum nació y estudió en Dinamarca. Laboró en Suiza y en su país natal, siendo el primer director, en 1951, del Instituto Geotécnico Noruego. De esa época son sus valiosas investigaciones en torno a la resistencia al corte de los suelos y de modo especial sobre la sensibilidad de las arcillas.
Skempton, nacido en Inglaterra, es profesor del colegio Imperial de la Universidad de Londres, donde introdujo la enseñanza de la mecanica de suelos. Ha sido presidente de la Sociedad Internacional de Mecanica de Suelos y Fundaciones. Sus contribuciones han discurrido sobre presiones efectivas, capacidad de carga y estabilidad de taludes.