Un vistazo al laboratorio de mecánica de suelos de Karl Terzaghi en 1935

Dicen que el hambre agudiza el ingenio, que la necesidad es la madre de la invención y que en tiempo de guerra todo hoyo es trinchera (claro que también decían que la vivienda nunca bajaría y que alquilar era tirar el dinero). Dichos aparte, algo de cierto hay en que la necesidad aviva el ingenio. En la imagen se puede ver el laboratorio de mecánica de suelos de Karl Terzaghi en el Technische Hochschule de Viena, preparado por el propio Arthur Casagrande un año antes del primer Congreso de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, celebrado en Harvard en junio de 1936.

Laboratorio de mecánica de suelos de Karl Terzaghi en 1935

Poco tiempo después, tras una confusa discusión con Albert Speer y el propio Adolf Hitler sobre la cimentación de los nuevos edificios del Tercer Reich, Terzaghi decidió hacer las maletas y asentarse definitivamente en Harvard [aunque esa es su versión, claro, según otros esa discusión nunca tuvo lugar, sólo lo dijo por presumir y si se marchó fue para olvidar el «escándalo Fillunger», mayormente].

Es increíble que esta gente, con cuatro aparatos primitivos, casi prototipos, fuera capaz de entender el comportamiento del suelo y hoy en día, 75 años después, cuando cualquier laboratorio comercial de geotecnia está muchísimo mejor equipado, algunos no sean capaces de hacer bien un simple edómetro.

Y es que, como diría un actor porno, no basta con tener el equipo, también hay que saber usarlo.

La foto está sacada de aquí

Límites de Atterberg, si, pero… ¿quién fue Albert Atterberg?

Albert Atterberg

Es casi imposible hablar de mecánica de suelos sin mencionar en algún momento los límites de plasticidad de Atterberg, tanto que casi siempre se nombran como «límites de Atterberg» simplemente, pero… ¿quién fue Albert Atterberg?

Albert Atterberg

Albert Mauritz Atterberg nació el 19 de marzo de 1846 en Härnösand (Suecia), una pequeña ciudad pesquera en la que su padre, Anders Magnus, era constructor y concejal. Estudió Química en la Universidad de Uppsala y continuó trabajando allí hasta 1877, investigando los derivados del molibdeno y del nitrógeno, especializándose posteriormente en el estudio de los terpenos.

En julio de 1877 es nombrado Director de la «Chemical Station and Seed Control Institution» de Kalmar, donde centra sus investigaciones en clasificar y ordenar las distintas variedades de semillas de avena y maiz, obteniendo muy buenos resultados.

En 1900, a los 54 años, y como algo secundario, decide estudiar las propiedades físicas de los suelos en función de su granulometría, buscando una manera rápida de clasificar los suelos agrícolas. En 1901 presenta un primer sistema de clasificación de suelos, en el que ya establece el tamaño 0,002 mm como límite entre las arenas y los suelos finos, división que se ha mantenido hasta hoy.

En 1903 publica una serie de artículos sobre los distintos comportamientos de las arenas en función de su granulometría y composición, pero continúa sin poder clasificar la fracción fina del suelo. A diferencia de las arenas, la granulometría no explica el comportamiento de los suelos finos y, además, los ensayos de granulometría por sedimentación son demasiado lentos, todo lo contrario de lo que está buscando. Decide cambiar de estrategia y estudiar otra propiedad de los suelos finos, la plasticidad.

En 1908 publica en revistas nacionales sus primeros resultados sobre la plasticidad del suelo y su relación con los distintos grados de humedad, en 1911 publica sus resultados en revistas internacionales y pronto recibe los primeros elogios. Así, en 1913, el Congreso de Berlín de la «International Society of Soil Science» adopta su clasificación de suelos, en 1915, el «U.S. Bureau of Standards» recomienda utilizar su método y en 1937 el «U.S. Bureau of Chemistry and Soils» lo acepta también (aunque se debe tener en cuenta que Arthur Casagrande modificó en 1932 la forma de obtener dichos límites).

Aunque Atterberg sospechaba que eran los minerales derivados del hierro los que proporcionaban al suelo esa plasticidad, y que ésta podía ser más o menos acusada dependiendo de su estructura química, no llegó a concluir sus investigaciones, al fallecer en 1916, a la edad de 70 años.

Fue nombrado Caballero de la Orden de Vasa en 1898, miembro de la Academia de Agricultura en 1900 y Caballero de la Orden Nordstjaman en 1911, recibió la Medalla de Oro de la Academia de Agricultura en 1913 y fue Presidente de la «International Commissión on Mechanical and Physical Soil Research» entre 1910 y 1915.

Dicen los textos que su trabajo encontró un campo de aplicación muy alejado del previsto cuando Karl Terzaghi se dio cuenta del enorme potencial que tenían los límites de Atterberg en el estudio geotécnico de los suelos… cosa que no termina de quedar clara si tenemos en cuenta que a principios del siglo XX la geotecnia sueca era de las más avanzadas del mundo (con especialistas como Fellenius, Olsson o Pettersson) y que ya en 1915 se utilizaba en Suecia un penetrómetro de cono de caída libre, el llamado «swedish fall cone test».

Fuente:

– Blackall, T. E. (1952). «A. M. Atterberg 1846-1916,» Geotechnique, 3(1), pp. 17-19.

Un barján en el desierto

Otra de esas increíbles fotografías a las que Yann Arthus-Bertrand nos tiene acostumbrados. Un barján (barchan) cortando una carretera, en las cercanías del oasis de Kharga, el más meridional de Egipto, a unos 300 km al NO de la presa de Asuán.

Como siempre, si pulsas en la foto la verás mucho mejor (por lo menos, más grande), tanto que incluso podrás ver cómo varía localmente la pendiente del talud al pasar por la zona asfaltada, debido al cambio de rozamiento en la base, que no permite mantener la inclinación del talud.

Lo mejor es verlo a la vez en Google Maps y comprobar cómo toda la carretera está cortada una y otra vez por dunas como la de la imagen (sobre todo si desplazas el mapa hacia la derecha).

Ver mapa más grande


Pilotes Franki al desnudo

La publicidad vende el producto «por los ojos». Los publicistas saben perfectamente que, por muchos datos técnicos que pongan, lo primero que hará el cliente será mirar las fotos y, francamente, no se ven por ahí muchas fotos de pilotes Franki…

Haz la prueba. Un coche pequeño y económico saldrá rodeado de coches mucho más grandes y contaminantes (a ser posible, inmovilizados en un atasco); un coche deportivo circulará en solitario por una carretera de montaña llena de curvas; y una moto de gran cilindrada… es muy probable que salga con una chica ligera de ropa, también con muchas curvas, en una postura próxima al esguince cervical.

En los catálogos de soluciones geotécnicas también hay fotos, pero como las obras no son algo muy atractivo (y mucho menos durante la ejecución), en lugar de poner a gente llena de barro hasta las orejas, colocan esquemas y dibujos de colores.

El problema es que un esquema puede ser muy claro, pero también irreal. Por ejemplo, en el caso de los catálogos de pilotes… ¿hasta qué punto es cierto eso de que los pilotes Franki tienen la punta ensanchada?

Vayamos por partes, ¿qué es un pilote Franki?

En principio, un pilote Franki es, simplemente, una versión mejorada de los pilotes hincados Simplex, patentada en 1909, en Bélgica, por Edgar Frankignoul (como ingeniero) y Edmond Baar (como socio capitalista). Lo que ocurre es que la idea funcionó bien y estos pilotes pronto se hicieron muy populares (con gran asombro de sus vecinos, para los que «idea belga» es algo así como un oxímoron, a juzgar por la cantidad de chistes de belgas que hay).

¿En qué consiste el pilote Franki?

Pues el esquema de ejecución es bastante simple, consta de una entubación metálica con un tapón de hormigón en la punta. El conjunto entubación + tapón se va hincando «a golpes» mediante una maza hasta llegar a la profundidad deseada, una vez allí, se sujeta la entubación y se expulsa hacia abajo (también a golpes) el tapón de la punta, creando así un bulbo o «punta ensanchada» a base de compactar el terreno, lo que hace que este pilote sea también muy eficiente trabajando a tracción.

Este es el típico esquema de un pilote Franki:

pilote Franki, geotecnia, mecánica de suelos, soil mechanics

 

Vale, pero… ¿de verdad es así?

Pues, lógicamente, depende del terreno, pero viendo las siguientes fotografías, tomadas en el Technology Park de Zwijnaarde, en Bélgica, parece que si, que en realidad, sí existe una «punta ensanchada»:

(como otras veces, si pulsas en las fotos las verás mucho mejor)

pilote Franki
 
pilote Franki

En cuanto a datos técnicos, aunque estos pilotes pueden llegar hasta profundidades de 30 metros, su longitud óptima de trabajo se sitúa por debajo de los 20 metros, en los que pueden soportar cargas de trabajo de hasta 200 toneladas con diámetros de 0,70 metros.

Evidentemente, el sistema ha sufrido modificaciones durante estos 100 años transcurridos, pero en esencia sigue siendo el mismo. En este folleto [pdf] de la empresa argentina ARTILES se pueden ver cómo son las versiones más actuales de este método.

Las fotos son de Flickr, del usuario zement, el esquema está tomado de la página web belga de Franki Geotechnics.


«Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics» de Poulos y Davis

Mencioné este libro de pasada cuando traté el tema de las ecuaciones de Holl para el cálculo de asientos admisibles, pero esta vez voy a comentarlo un poco más.

No es un libro para principiantes, básicamente porque no explica nada, no es un manual ni un vademécum, sino un prontuario XXL con un montón de fórmulas, tablas y gráficas repartidas a lo largo de páginas y más páginas.

¿Entonces, por qué lo recomiendas?

Porque hay que tenerlo. Recopila casi todas las soluciones elásticas de tensiones y deformaciones utilizadas en geotecnia, tanto en mecánica de suelos como en mecánica de rocas, desde la fórmula de Boussinesq para carga puntual hasta esas complicadas cargas trapeciales que uno jamás piensa que pueda llegar a utilizar (y al final utiliza, claro), pasando por sistemas multicapa, losas y túneles, sin olvidar los problemas más clásicos, cargas rectangulares y circulares.

No es el único libro que existe con esta temática, estudiando la carrera recuerdo haber usado uno de la editorial Balkema, muy parecido, y aunque más tarde he encontrado otros, en mi opinión, este sigue siendo el más completo.

La primera edición es de 1974, con una reimpresión de 1991, disponible ahora on line, gracias a sus autores.

Puede descargarse en tres versiones:

Las dos primeras opciones pueden ser interesantes para imprimir el libro, pero para consultas rápidas por pantalla recomiendo la versión LITE, mucho más manejable (la única diferencia es que en la versión LITE se ha rebajado la calidad del escaneado, por lo demás son totalmente iguales).

Elastic Solutions for Soil and Rock Mechanics, Poulos & Davis

¿Están todas las ecuaciones?

Desgraciadamente no, no están todas. En los años 70 el ordenador personal todavía no era muy popular en las oficinas, así que los autores «sacrificaron» las fórmulas más complicadas en favor de gráficas y tablas, una lástima, porque podían ser complicadas para un cálculo manual pero no para su programación, y hoy en día, con una simple hoja de cálculo les podríamos sacar mucho partido.

Entre las fómulas ausentes, las correcciones de Fox de la ecuación de Steinbrenner, la forma general de las ecuaciones de Holl (de las que ya he hablado en este blog) o la solución en serie de Hetenyi para el cálculo de losas, tres cosas que tengo pensado añadir en futuras entradas… ya veremos cuándo.