MECANICA DE SUELOS I ING. ELIO MILLA VERGARA

PREFACIO DEL LIBRO MECÁNICA DE SUELOS

AUTOR: JUAREZ BADILLO

POR EL DR. NABOR CARRILLO

Este es el primer libro que se publica en México sobre Mecánica de Suelos. Es para mí un honor que los autores me hayan pedido que escriba las palabras de introducción. Quieren palabras dirigidas a los estudiantes que por primera vez se asoman a éste campo fascinante de la ingeniería, palabras también para quienes usarán el texto en pos, quizá, del doctorado y palabras dirigidas a quienes se consideran, esencialmente “ingenieros prácticos”. Espero que las mismas palabras sean válidas para todos.

Los suelos son el más viejo material de construcción y el más complejo. Su variedad es enorme y sus propiedades, variables en el tiempo y en el espacio, son difíciles de entender y de medir. A pesar de esto, antes del siglo XX no se hizo un esfuerzo serie para atacar científicamente el estudio de la Mecánica de los Suelos.

Sería injusto, sin embargo, desconocer la actuación aislada de hombres de gran sensibilidad e inspiración que merecen el título de precursores de la Mecánica de Suelos. Un ejemplo brillante es Alexandre Collin, quien en 1846 pubilcó sus Recherches Expétimentales sur les Glissements Spontanés des Terrains Argileux que parece ser la primera obra sobre este asunto con filosofía moderna y con notable perspicacia experimental. El esfuerzo aislado de Collín, sin embargo, no encontró el clima adecuado y su labor fue apreciada y redescubierta hasta hace pocos años.

La llamada precisamente “Mecánica de Suelos” es un fruto característico de la ingeniería de nuestro tiempo: fue a principios de este siglo, en 1943, en los Estados Unidos y en Suecia, donde se intentó por primera vez, en forma sistemática y organizada, realizar estudios que corrigieran vicios seculares en el tratamiento de los suelos1.

Poco después, un hombre extraordinario de nuestro tiempo, un hombre de auténtico genio, hizo investigaciones en un laboratorio muy modesto, con el auxilio de sus cajas de puros, en una Universidad en el Cercano Oriente. Allí nació verdaderamente la Mecánica de Suelos. Este hombre, es el profesor Karl Terzaghi, que actualmente a los 80 años de edad, sigue profesionalmente activo. Terzaghi publicó en 1925 su Erdbaumechanik (Mecánica de Suelos) en Viena. Entonces nació el término ahora mundialmente usado.

De entonces para acá ha habido una evolución muy grande y también momentos de gran incertidumbre y desconcierto. Científicos y técnicos han tratado a la Mecánica de Suelos a veces con desdén. “No es una rama científica, está llena de oscuridades y de dificultades, de imágenes puramente empíricas”, dicen. Sin embargo, pese a las hostilidades y a las incomprensiones, la Mecánica de Suelos ha adquirido relevancia y, para usar un término

1 En enero de 1913, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles nombro un “Comité Especial para hacer un código sobre la práctica actual en relación a la capacidad de carga de los suelos”. En diciembre de 1913, la “Comisión Geométrica de los FF.CC. Suecos” inició el estudio del factor de seguridad de taludes en el sur de Suecia (N. de los A.)

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propio de ella, se ha “consolidado”, en universidades, en centros de estudio e investigación y en oficinas de consulta.

Para los jóvenes conviene hacer una advertencia con relación a las agresiones a la Mecánica de Suelos que pueden, tal vez oír o leer. He sabido que algunos estudiantes se preguntan si vale la pena estudiar un asunto que es tan complejo, tan oscuro, tan difícil y, que para muchos ingenieros no tiene “importancia práctica”. Estudié Mecánica de Suelos como alumno del propio profesor Terzaghi y de su discípulo más notable, el profesor Arturo Casagrande, actualmente en la Universidad de Harvard. Cuando estudié este tema lo hice con el deseo de atender problemas de la ciudad de México y otros que interesaban a la antiguo Comisión Nacional de Irrigación, actualmente Secretaria de Recursos Hidráulicos.

Después de años de estudio, de investigación y de ejercicio práctico como consultor en México y en el extranjero, y después de separarme (espero transitoriamente) de esta actividad, quiero decir que nunca me he arrepentido de haber invertido dos años cruciales de mi vida en la Universidad de Harvard para doctorarme en Mecánica de Suelos.

El campo es extraordinariamente atractivo. Desde muchos puntos de vista. Empecemos por lo obvio: por la “importancia práctica”.

Hace un año, el profesor Terzaghi publicó un trabajo en la Universidad de Harvard2 en el que habla del pasado y presente de la Mecánica de Suelos. En sus observaciones hace un relato notable de cómo fue cambiando de criterio y de punta de vista a medida que aprendía más y más. Y entre las cosas importantes que señala en su trabajo, hay una que es significativa por sí sola. Dice el profesor Terzaghi que durante siglos, desde que empezó la ingeniería en la India hasta fines del siglo XIX, se pudieron construir con éxito presas de tierra a lo sumo de 20 m de altura. Las que se hicieron con una altura mayor fracasaron tantas veces que a principios de este siglo se llegó a la conclusión de que no era aconsejable construir cortinas de tierra de más de 20 m de altura3. La realidad es que, posteriormente, y con las técnicas aprendidas en la Mecánica de Suelos, con el conocimiento de los fenómenos de las redes de flujo, de las presiones internas de poro y el mejor entendimiento sobre la resistencia al corte de los suelos, se ha logrado, en años recientes, construir cortinas muy elevadas4. Este es un hecho. Se puede hablar de otras muchas aplicaciones felices de la Mecánica de Suelos. Estructuras que, sin los conocimientos actuales hubieran sido imposibles de construir. La importancia práctica del tema no es discutible.

2 Past and Future of Applied Soil Mechanics-Soil, Mechanics Series N° 62

3 (3) Afirmación hecha en 1901 por el Consejo de Consultores de las Obras de Abastecimiento de Agua, de Nueva York. (N. de los A.)

4 Para justificar esta afirmación pueden mencionarse las cortinas de las presas Anderson Ranch (EUA) con 140 m de altura y Mud Mountain (EUA) con 130 m, que son, en el momento, las mayores concluidas en el mundo. En México pueden mencionarse el Humaya, con 100 m, El Palmito, con 95 m yla M. Avila Camacho, con 85 m, como los máximos logros hasta el presente. La cortina del proyecto hidroeléctrico “El Infiernillo”, una vez terminada, tendrá una altura de 144.60 m. (N. de los A.)

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Pero hay otros aspectos que no suelen discutirse. La Mecánica de Suelos es una disciplina que tiene un lugar dentro de la ciencia moderna. Es noble y digno que los jóvenes se entreguen a su estudio con el mayor empeño, con la confianza y la seguridad de que, si así lo hacen, habrán de obtener beneficios indudables en su formación. En efecto, la Mecánica de Suelos tiene, dentro de su enorme amplitud, lugar y espacio para muy diferentes temperamentos. Quienes como yo tienen inclinación por los asuntos analíticos, pueden encontrar un reto fascinante en la investigación de diversos problemas de la Mecánica de Suelos.

Ciertamente no puede decirse – quizá no se podrá decir nunca – que la Mecánica de Suelos constituye una rama de las matemáticas aplicadas; pero es indudable que hay campo para investigar en ella. Muchos problemas analíticos están pendientes de solución. Las teorías de Elasticidad y Plasticidad han demostrado en la práctica tener trascendencia para aclarar infinidad de casos concretos.

En el texto que ahora presento hay ejemplos precisos que confirman lo que acabo de decir.

A quienes no tienen particularmente inclinación analítica y, en cambio, sienten pasión por la observación y curiosidad de explorar personalmente con experimentos directos las intimidades de la naturaleza, la Mecánica de Suelos ofrece las mejores perspectivas. Quizá los más importantes autores de la Mecánica de Suelos son de este tipo. El propio profesor Terzaghi es así. En alguna carta me decía que una medida de la Mecánica de Suelos es que caben quienes “gustan de soñar con soluciones perfectas en materiales ideales”, y quienes “se interesan mucho más en investigar las incertidumbres y complejidades de los materiales reales”. Terzaghi ha dicho, además, “quien sólo conoce la teoría de la Mecánica de Suelos y carece de experiencia práctica puede ser un peligro público”.

Pero hay más. Si bien es un hecho que el estudio de esta nueva rama hace de cualquier ingeniero un ingeniero mejor, también es verdad que no solamente sirve para elevar el nivel del ingeniero técnicamente, sino para prepararlo para otras muchas posibles actividades.

El estudio de los suelos enseña humildad intelectual. El constante contacto con la realidad, que no existe en otras ramas de la ingeniería, hace que se desarrolle la autocrítica, que se revisen todo el tiempo las hipótesis y que se cure el vicio del dogmatismo que suelen padecer muchos técnicos. Una vez que han resuelto, con ayuda de tablas o con ayuda de fórmulas, algún problema, se olvidan de él, tranquilizan su conciencia y no dudan que la estructura está sana. El que trabaja con suelos no puede tener esta filosofía conformista. Cada nuevo caso es un problema de investigación. Esto es uno de sus grandes encantos. No es un campo dogmático de la profesión de ingeniería, sino que es un reto intelectual sistemático, es un ejercicio de la imaginación y de la inteligencia, de la prudencia y del sentido de observación que da frutos útiles para otras muchas posibles aplicaciones.

Me han pedido los autores que cite algunas experiencias personales y lo hago creyendo que puede ser de utilidad para los jóvenes que lean estas líneas.

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Cuando tuvimos necesidad en la Universidad de México de desarrollar el campo de la energía nuclear, nos encontramos con que no había, por falta de antecedentes, por falta de laboratorios, personas que pudieran realizar la promoción de los estudios experimentales de la energía nuclear en México. El profesor William Buechner, actualmente jefe de la División de Física en el Instituto Tecnológico de Massachusetts, era consultor nuestro y sentía preocupación porque nuestros jóvenes físicos eran fundamentalmente teóricos, muy apreciables, pero sin el penetrante sentido de observación que requiere quien trabaja en un laboratorio nuclear.

Después de entrevistar a una serie de candidatos, propuse al profesor Buechner que ensayáramos a un alumno de Mecánica de Suelos. Años después Buechner me dijo que casi por cortesía aceptó el ensayo, porque le parecía absurdo, a primera vista, que una persona entrenada en Mecánica de Suelos (ignoro si él estaba prejuiciando también por las voces a las que antes aludí), tuviera la preparación, los conocimientos o la filosofía, para actuar en el campo de la investigación nuclear. Aceptó, sin embargo. Logré convencer al joven candidato de las posibilidades y los atractivos que tendría trabajar en esa disciplina científica y mi alumno fue al Instituto Tecnológico de Massachusetts a recibir instrucción especializada en energía nuclear, instrucción que fue para él totalmente nueva. No tenía los menores antecedentes. No había estudiado absolutamente nada de física atómica. Un año después, este joven realizaba ya investigación nuclear y contribuía a mejorar el laboratorio del profesor Buechner. Recientemente, recibió un Premio de Ciencias en México. En la actualidad es reconocido como uno de los más distinguidos investigadores en la investigación de los núcleos. En los laboratorios de Van der Graaff, Marcos Mazari ha logrado hacerse de renombre. Esto que fue sorpresa para muchos, para mí no lo fue; porque creo que la Mecánica de Suelos da una formación que permite insólitas transformaciones5.

Otro ejemplo. El de mi propio caso en la Universidad Nacional. Cuando tuve el honor de ser designado Rector lamenté no tener preparación en Ciencias Sociales, Ciencias Políticas, Economía, Sociología, qué se yo. Pensé que la Mecánica de Suelos no era tal vez el mejor de los entrenamientos para enfrentarse al problema de servir como rector a una Universidad tan grande, tan importante y tan compleja. Sin embargo, pronto descubrí lo muy valioso que fueron para mí los años que invertí en la Mecánica de Suelos. Es siempre útil el ejercicio, repito, de la humildad intelectual, la imaginación, la prudencia y el sentido de observación. Son armas que sirven para tratar con suelos y con hombres.

México, particularmente en su capital, es un lugar ideal para estudiar Mecánica de Suelos.

El profesor Terzaghi en alguna ocasión dijo que la ciudad de México es el paraíso de la Mecánica de Suelos. La naturaleza del subsuelo en nuestra capital ha sido causa de dolores de cabeza de los ingenieros y constructores de todos los tiempos. Desde los aztecas hubo fracasos debido a la baja resistencia del subsuelo mexicano; y los españoles tuvieron grandes dificultades para construir los monumentos coloniales que nos legaron. Pero si los

5 El propio Dr. Carrillo, único científico mexicano que ha observado explosiones atómicas experimentales, ha sido consultor del Gobierno Mexicano desde 1946 en asuntos de energía nuclear. Actualmente es Vocal de la CNEN. (N. de los A.)

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ingenieros de los pueblos más adelantados del mundo no se ocuparon científicamente de los suelos hasta hace 50 años, los mexicanos no lo hicimos hasta hace 25.

Cuando hace 30 años los estudiantes que llegábamos a la Facultad (en aquella época, Escuela Nacional de Ingeniería), aprendimos los procedimientos de construcción, en un curso “práctico” nos instruían sobre los métodos para determinar la resistencia de un terreno. Se hablaba de colocar una mesa con 4 patas sobre el terreno, cargar la mesa y medir los asentamientos de la misma. De la relación entre estos asentamientos y las cargas aplicadas se obtenían datos que, se suponía, determinaban la resistencia del terreno y fijaban las normas sobre las cuales debía hacerse el cálculo para una estructura que se iba a construir ahí.

Otro sistema, famoso entre los estudiantes, era el llamado sistema del barretón: se tomaba un barretón, se levantaba un par de metros y se dejaba caer verticalmente; el barretón penetraba algunos centímetros en la corteza del suelo; la distancia penetrada, multiplicada por la “resistencia”, se igualaba con el peso del barretón multiplicado por la altura de carga de caída, y en esta forma se pretendía determinar la capacidad de carga del suelo para resistir el peso de un edificio cuyas dimensiones nadie tomaba en cuenta de antemano.

Había una cifra cabalística; la llamaban fatiga de resistencia del terreno y ésta era la misma para un edificio que tuviera 10 x 10 m de área, o que tuviera 100 x 100 m. Esto, que en la actualidad suena increíble a los propios estudiantes, se nos enseñaba hace apenas 30 años. No había ninguna información ni ninguna referencia a las propiedades de los mantos profundos del subsuelo. Las características de la piel se suponían suficientes para garantizar la estabilidad general de una construcción. Pero, por supuesto, en todas las épocas y en todas partes ha habido hombres dotados que han poseído ese raro sentido llamado “común”. En este siglo, en México, dos hombres sobresalen como antecedentes en Mecánica de Suelos: Roberto Gayol y José A. Cuevas. A mediados de la década de los 30, José A. Cuevas creó gran inquietud sobre los problemas derivados de la falsa interpretación de la resistencia de los suelos. Y fue él, indudablemente, la figura más vigorosa que podemos encontrar como precursor del desarrollo de la Mecánica de Suelos en México. Cuevas estaba en aquellos días construyendo la cimentación para el edificio de la Lotería Nacional. En 1936, fui con Cuevas a la Universidad de Harvard, donde con motivo de las fiestas del tercer centenario de su fundación, la Universidad acogía al Primer Congreso Internacional de Mecánica de Suelos. Asistieron Terzaghi, Casagrande, Gilboy, L. White, Rutledge, Morán y muchos otros grandes hombres en este campo. El Congreso fue para los jóvenes que estuvimos en calidad de observadores, una auténtica revelación. El discurso inaugural de Terzaghi es un documento histórico: una obra maestra que todo ingeniero, especializado o no en suelos, debe leer.

El Ing. Cuevas, fue también uno de los campeones contra el uso exagerado de pozos en la ciudad de México. Cuando en 1936 la ciudad comenzó a asentarse rápidamente, a hundirse en forma cada vez más alarmante, él advirtió, con gran instinto, los peligros que había en abusar de la extracción de agua y alterar el equilibrio del líquido que tanta importancia tiene en la ciudad de México para el equilibrio del suelo mismo.

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Años más tarde me tocó hacer uno de los primeros trabajos analíticos sobre la relación que hay entre las presiones del agua en los acuíferos y los asentamientos de la ciudad. Y hubo (apenas hace unos 15 años) quienes protestaron y dijeron que un pozo bien construido, cementado adecuadamente alrededor del tubo, no tenía por qué producir asentamientos, dado que la arcilla es muy impermeable. Se consideraba que los pozos bien hechos eran absolutamente inocuos.

Se hablaba apenas hace 12 años, de que las causas principales del asentamiento de la ciudad de México, eran el incremento en la carga impuesta sobre la superficie con el crecimiento del área construida, la impermeabilización de la corteza derivada de los propios edificios y de los pavimentos en las calles y los drenajes que extraían el agua de las capas superiores del suelo. Se suponía que el problema era debido a causas externas: falta de agua externa que nutriera al suelo, aumento de carga externa y alteración en las capas superficiales; no se pensaba que el origen del asentamiento estuviera en las capas profundas en donde se había creado un desequilibrio en las presiones de agua, que ya no eran hidrostáticas. Fue en un caso particular, muy interesante de mencionar en el que se tuvo una evidencia clara de que el fenómeno no se debía, como se afirmaba a causas externas. (Que, por supuesto, influyen. Un edificio alto, mal construido, mal cimentado, puede producir y ha producido asentamientos considerables pero que sólo afectan al área vecina al edificio. Su radio de acción es del orden de magnitud de las dimensiones del área cargada.)

En 1950 el Gobierno proyectaba realizar obras que devolvieran al Palacio de las Bellas Artes a su nivel original. Una empresa extranjera hizo un proyecto para recimentar al palacio por medio de pilotes y, por medio de gatos, subirlo al nivel de la calle. Los primeros datos que se tenían parecían muy alarmantes; se mencionaban asentamientos de Bellas Artes del orden de 30 cm por año; pero se estaba hablando de los asentamientos absolutos del Palacio, con relación a bancos de nivel que no se asentaban. Cuando se hizo el análisis de los asentamientos de Bellas Artes con respecto al nivel de la calle, se descubrió algo notable: el Parque de la Alameda, que está a corta distancia del Palacio, se hundía más aprisa que éste, con relación a los bancos de nivel absoluto; es decir, Bellas Artes en realidad estaba hundiéndose más lentamente que la calle; sus movimientos relativos eran de recuperación, en vez de asentamiento. Bellas Artes es uno de los edificios más pesados que, por haberse cimentado sin los conocimientos suficientes del subsuelo, se asentó más de 2 m; Bellas Artes está rodeado de una gran área impermeabilizada. En Bellas Artes se conjugan los factores que se decía provocan el hundimiento, en tanto que en la Alameda no hay carga, la lluvia puede penetrar libremente y no hay drenaje; sin embargo, la Alameda se hunde más aprisa que Bellas Artes, lo cual revela que el fenómeno se debe a causas profundas que ahora hemos identificado: a las fuerzas de filtración provocadas en el subsuelo por el desequilibrio de las presiones del agua. Por el exagerado bombeo en el pasado. Evidentemente, el subsuelo de la Alameda, virgen, respondía más a las nuevas fuerzas internas que el subsuelo del palacio ya muy consolidado.

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Por fortuna el problema del hundimiento de la ciudad se ha aclarado y se han tomado medidas que han hecho que la situación mejore día a día. En pocos años, el progreso que se ha logrado en la ingeniería, como consecuencia de un mayor conocimiento de la Mecánica de Suelos, es extraordinario.

De la época en que se hablaba de determinar la resistencia de un terreno por medio de una mesa, al momento en que dos ingenieros mexicanos son capaces de producir un libro de los alcances y de la importancia del que ahora nace, hay una distancia enorme.

He hablado de aspectos prácticos, culturales e intelectuales de la Mecánica de Suelo.

Voy a terminar con una reflexión final de otra naturaleza. Hace un año recorrí países de Asia, Europa y América. No me sorprendió encontrar en muchas partes incompresión o desconcierto con relación a la Mecánica de Suelos. Falta de información. Pero sí me sorprendió, gratamente, encontrar en Hong Kong, en Pekín, en Estambul, en Estocolmo, en Londres, y en Sao Paulo y Buenos Aires, verdaderos apóstoles de la Mecánica de Suelos. En cadena se me abrían las puertas de una fraternidad de amigos. Y descubrí en todos esos ingenieros, además, una mística común. Vi que todos realizan una tarea desinteresada de promoción de la Mecánica de Suelos. Se nota en todos los rumbos del planeta la influencia de un gran hombre que es, sin duda, el corazón de la Mecánica de Suelos. Arthur Casagrande, cuya influencia en este primer texto mexicano es evidente. Primero como discípulo predilecto y devoto del maestro Terzaghi; después como profundo investigador y consultor y, finalmente, como profesor extraordinario, como maestro auténtico y generoso cuyo sentido de responsabilidad hacía sus discípulos desborda los cauces establecidos, Casagrande ha dado alma a esta nueva rama de la ciencia. Si a la Mecánica de Suelos se deben presas de tierra de alturas sin precedente, a ella se debe también que en Harvard haya surgido un profesor de ciencia que tiene estatura humana extraordinaria.

La personalidad de Casagrande es un estímulo y una garantía para quienes abrazan la especialidad que trata con el material que conjuga a dos de los cuatro elementos de la naturaleza que fascinaron a los hombres de antes y siguen fascinando a los hombres de hoy. La tierra y el agua.

NABOR CARRILLO

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