sábado, 14 de noviembre de 2015

Resistencia al corte de macizos y al concreto

Un título que puede parecer extraño en este blog es el que abre este texto. Pero, pese a su dificultad para quienes no somos ingenieros, expresa un tema de mucho interés. Fue además, el título –mucho más largo, realmente- del trabajo que presentó Roberto Ucar Navarro, el pasado 11 de noviembre de 2015, para ingresar como Miembro Correspondiente Estadal a la Academia de Mérida: Una Metodología Reciente para Determinar la Resistencia al Corte en Macizos Rocosos y en el Concreto

El trabajo será publicado en forma de libro, en los primeros meses del próximo año, en España. Ya tendrán oportunidad de buscarlo quienes están interesados  en el tema y puedan entender los detalles técnicos del mismo. Mientras tanto para los neófitos el texto que sigue.


Debo dar dos explicaciones más. Primero que la Academia de Mérida es una institución interdisciplinaria  y en consecuencia allí hay representantes de la mayor amplitud de los campos del pensamiento humano: ciencias naturales, ciencias de la salud, ciencias sociales, humanidades y artes. También personas más vinculadas al saber teórico pero también al técnico y a sus aplicaciones como el caso del ingeniero y doctor Roberto Ucar Navarro. Lo segundo que debo indicar es que en cada caso de la incorporación de nuevos miembros, luego de aceptarse sus trabajos mediante la evaluación de los mismos,  se encarga a uno de los miembros de la Academia de Mérida que prepare un discursos de respuesta al discursos de quien se incorpora. Tradicionalmente, este discursos es mucho menos técnico y atiende a la presencia de un público culto y educado, pero no tan especializado.

En el caso que nos atañe la respuesta estuvo a cargo del Académico, Individuo de Número, Dr. Rosendo Camargo Mora. Varias personas le pidieron que les mandara su discurso, entre ellos nosotros.  He pedido autorización para publicarlo pues consideramos que evidencia, el Dr. Camargo, en relaci, ﷽﷽﷽﷽﷽﷽﷽﷽icarlo pues consideramos que evidencia, el Dr. Camargo, en referencia  al trabajo del Dr. Ucarón al trabajo del Dr. Ucar, la relación clarísima y sencilla  entre el aporte de la investigación propuesto y un problema milenario de la humanidad.  De tal forma que, invito a leer el discurso del Dr. Camargo que a continuación coloco y espero lo disfruten como quienes le escuchamos e hizo más asequible el discurso del Dr. Ucar, utilizando el ejemplo de la Torre inclinada de Pisa:


“ (…) La determinación de la resistencia última de una roca o del concreto o del suelo que será solicitado para una obra de ingeniería, como podría ser un túnel, o el anclaje que estabiliza una montaña, o los pilotes que soportan un muelle u otras de las múltiples construcciones que ha requerido la humanidad para satisfacer sus necesidades de transporte, vivienda, suministro de agua etc., es una prioridad para que los proyectistas de esas obras puedan  dimensionarlas sin sobrepasar la capacidad del suelo.

Permita Ingeniero Roberto Ucar, que tratemos de ubicar su aporte en el transcurso de la historia, para así valorar en su verdadero significado el título con el que califica su valioso trabajo : “UNA METODOLOGIA RECIENTE…”:  Esta frase implica continuidad en el tiempo de métodos para resolver un antiguó problema, ya mencionado en el Nuevo Testamento, cuando refiere a Jesús diciendo “…será semejante a un hombre cuerdo que fundó su casa sobre piedra: y cayeron las lluvias y los ríos salieron de madre, y soplaron los vientos y dieron con ímpetu contra tal casa; mas no fue destruida, porque estaba fundada sobre piedra”, Mateo VII, versículo 24.

Constancia escrita de una tradición oral, fruto de la experiencia del pueblo que lo oía y comprendía el significado de sus palabras. Reglas empíricas, fruto de la experiencia diaria que aseguraban la estabilidad de las construcciones para las viviendas normales, pero cuando se iniciaran nuevos desarrollos, fuera de los cánones conocidos, se entraba en el peligroso mundo de la incertidumbre, donde es necesario tener un guía con raciocinio que trate de analizar el nuevo entorno.

Quizás, ese ansiado método no se podía conocer para la época en que surgieron las ideas de mentes privilegiadas, pues no conocían las limitaciones que la naturaleza les imponía y el artista arriesgaba la obra basándose en su intuición a falta de un método que lo guiara.

Podemos suponer que esto le sucedió al arquitecto Bonnano Pisano, ansioso de erigir el bellísimo campanario de la Iglesia de Pisa, de ocho pisos de alto, construido con mármol blanco de las canteras de San Giuliano, que sostiene con  columnas periféricas, coronadas por capiteles y arcos románicos, los corredores externos de planta circular, a los que se accede desde la escalera helicoidal interna a la torre. Es tal su presencia, que el artista lo planteó y construyó, como monumento único, separado de la Catedral y del Baptisterio.

El 8 de Agosto del año 1173, inició la construcción del campanario de la catedral de Pisa: excavó tres metros y allí fundó.

Cinco años más tarde, la construcción alcanzó el tercer nivel y la torre empezó a inclinarse. Quizás se habrían colocado unas nueve mil toneladas de material, que sobre su base anular de setenta pies de diámetro externo y veintisiete de espesor, estaría produciendo un esfuerzo de compresión de tres kilogramos por centímetro cuadrado, nada preocupante para un terreno rocoso, pero muy peligroso para un terreno blando. Para ese tiempo  no existía el concepto de esfuerzo, ni el de capacidad portante, sino la experiencia empírica del proyectista. ¿Quién sabe que vio Bonnano Pisano en el fondo de la excavación que le dio confianza para proceder a construir la torre de 55 m. de alto?. Lo cierto es que se equivocó y se dio cuenta de ello, cuando debió colocar más escalones del lado Sur que del lado Norte. Su experiencia no fue suficiente: quizás, cuando el volviese a construir, examinaría con mayor detenimiento el fondo de la excavación y de ser parecido al de Pisa, sabría que solo podría edificar hasta las 25 varas de altura. Costosa experiencia que lo obligó a detener la construcción y abandonar la ciudad.

La torre quedo de 21 m., con una escalera que conducía a ninguna parte, hasta un siglo después, cuando Fernando de Vincenzo, pensando que cien años habían sido suficientes para que el terreno se estabilizase, agregó cuatro niveles más, aplomando las columnas para que el crecimiento de la edificación fuese vertical, produciendo así un quiebre entre la antigua construcción y la nueva, pero el campanario empezó nuevamente a inclinarse, por lo que la construcción, una vez más, se paralizó.

Nuevamente, la torre detuvo su crecimiento por un siglo más, hasta que en 1372, Tommasso di Andrea Pissano, le construyó el campanario, que había esperado doscientos años para que le colocaran las seis campanas de la iglesia de Pisa, una por cada nota musical. Pero el terreno no se había estabilizado y la torre prosiguió  en su lento andar  hacia su destrucción: su peso, desviado de la vertical, flexionaba hacia el lado que caía y agrietó el mármol original que tuvo que ser sustituido por mármol de Carrara.

Aún faltaban  más de tres siglos para que Sir Isaac Newton, enunciara las leyes del equilibrio que gobiernan la naturaleza. ¡Mal hubieran podido los arquitectos de Pisa, dar una interpretación racional de las fuerzas que le impedían asegurar el campanario, si aún no se conocía la atracción  que ejerce la tierra sobre los cuerpos!. En efecto, solo en el año de 1687, trescientos quince años después, Newton enuncia las tres leyes de equilibrio, que permitirán a los ingenieros evaluar la magnitud de las cargas que se ejercen sobre el suelo, siempre y cuando se conociera la geometría del objeto y su densidad.

Tres cuartos de siglo más tarde, en 1761, Charles Augustín Coulomb, un primer teniente de ingeniería militar fue destacado por el gobierno francés a  su colonia en Martinica para construir varias fortificaciones en la isla. Ya los ingenieros eran capaces de aplicar las leyes de la estática y el joven oficial deduce, por primera vez en la historia de la ingeniería, la fórmula para determinar  las cargas que genera la tierra contenida por un muro. A causa de su precaria salud, en 1770 regresa a París. Su profesor Bossut, conocedor de sus estudios, el 6 de Julio de 1774 lo presenta ante la Academia de Ciencias de París, donde expone su teoría sobre electricidad y magnetismo, así como su teoría para determinar el empuje en los muros de contención, que aún utilizamos en nuestros cálculos. Por esa época establece la relación entre los esfuerzos de corte o fricción con los esfuerzos normales que se generan en el suelo sometido a cargas externas. Estos esfuerzos se pueden comparar con el valor máximo que puede resistir un suelo y así predecir la carga máxima que se le puede aplicar. Pero ¿se puede asegurar en el laboratorio que la carga máxima obtenida de una pequeña muestra, represente el comportamiento de todo el macizo?.

Evidentemente no, pues la naturaleza no tiene homogeneidad, ni los macizos son continuos, y tienen una variedad  infinita de dimensiones, con diferentes estratos intercalados de composición química variable, con gradiente de humedad entre la sequedad y la saturación, con grietas y  fracturas, etc., por lo que muchos de los puntos de la roca, difieran de todos los demás. Esto ha generado numerosos criterios de falla, enunciados en las distintas latitudes del mundo que tratan de corregir la idealización de la ciencia pura para acercarla a la defectuosa realidad.

En el año de 1838, Allessandro Della Gherardesca, encargado de las Obras Públicas, decidió descubrir la fundación de la torre y mostrarla al público y allí se encontró, crease o no, el sarcófago de Bonnano Pisano, su proyectista, después de seis siglos de espera. Pero, la excavación estaba inundada por lo que se pensó que el daño procedía de tal condición y se drenó. Pero la torre siguió inclinándose.

En el año de 1939, el Duce Benito Mussolini, consideró un descredito para la inteligencia aria, que la torre siguiera cayéndose, por lo que ordenó su estudio y reparación. Se le perforó la base con noventa agujeros que fueron llenados de concreto, pero la base continuó inclinándose.

En el año de 1969, la inclinación era tal que se aseguraba que colapsaría y el Gobierno Italiano, la cerró al público y solicitó ayuda mundial para encontrar una solución.Los mejores especialistas del mundo se reunieron en las Azores, discutieron e intercambiaron ideas, una de las cuales fue congelar el suelo, inyectando Nitrógeno líquido, mientras que transportarían 800 tn de plomo, para colocarlas hacia el Norte de la torre y así corregir su deriva al Sur. Efectivamente la torre empezó a enderezarse porque ahora se estaba hundiendo del lado Norte. Al Gobierno Italiano, no le agradó esta solución pues la gran masa de plomo sobre el terreno de la plaza, dañaba la belleza del lugar.

Entre los especialistas convocados, estaba John Burdan, un ingeniero Sudafricano, profesor en Londres, especialista en túneles, que fue contratado para presentar una nueva alternativa. Después de dos años de observaciones y mediciones, propuso la excavación de un túnel, veinte metros detrás de la torre y un drenaje para el agua que inundaba la fundación. Al debilitar el suelo, la torre se está enderezando lentamente, como lo quiere el Gobierno Italiano, para que siga inclinada por mucho tiempo, porque torres verticales hay miles, pero la inclinada que atrae a los turistas, solo hay una.

Hoy día, el Dr. Roberto Ucar Navarro, especialista en túneles, hilvana desde la teoría primigenia de la ecuación de Coulomb, una aproximación a esa defectuosa realidad, incorporando décadas de observación de investigadores de otras latitudes y las analiza con la Metodología que ha desarrollado a lo largo de veinte años, para mostrarnos que los resultados obtenidos se ajustan a las particularidades que estudiaron esos autores.

He tratado de seguir el tránsito de una disciplina, desde los albores del empirismo, hasta las aproximaciones al comportamiento del suelo sobre el cual vivimos. Esfuerzos realizados en laboratorios de todo el mundo y desde lejanos tiempos, para permitir que el ingenio humano vislumbre nuevas soluciones a los problemas de transporte, almacenamiento de grandes volúmenes de agua para consumo y energía, el corte de macizos montañosos, el trazado de túneles que orada las entrañas de las montañas, la construcción de diques que recargarán millones de toneladas sobre zonas que inicialmente estaban descargadas,  los anclajes que estabilizan los cortes, las voladuras que abren nuevos caminos, que al ser requeridos, se realizarán con un concienzudo estudio para evitar su costo en vidas humanas y perdidas económicas irrecuperables.

Al final de ese recorrido, encontramos  “UNA METODOLOGIA RECIENTE PARA DETERMINAR LA RESISTENCIA AL CORTE EN MACIZOS ROCOSOS Y EN EL CONCRETO”, que seguramente, pronto será un eslabón más hacia el perfeccionamiento del conocimiento para asegurar la supervivencia de las obras sobre macizos rocosos.

Dr. Roberto Ucar: así como la Academia de Ciencias de París, fue la cámara de resonancia donde se inició la Geotecnia, al acoger en su seno al Ingº Charles Augustin Coulomb en 1774, la Academia de Mérida le da la bienvenida y aspira que este ingreso que nos honra, sea estímulo para  nuevos aportes a la ciencia, en constante evolución y ahora en un avance acelerado por la diversidad y poder de los medios.

Dr. Roberto Ucar, esta Academia multidisciplinaria, al recibirlo, espera por los aportes que con su ayuda, podremos brindar a Mérida.

Señores (…)”


Nota:
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La fotografía ha sido tomado de la siguiente Publicación