CIMENTACIÓN DEL TAJ MAHAL: BELLEZA INMORTAL Y ETÉREA EN PIEDRA

Las estructuras de ingeniería civil son famosas por diversas razones. Por ejemplo, las pirámides de Giza son admiradas por su enorme tamaño en el momento de su construcción, la Gran Muralla China por su tremenda longitud y los acueductos romanos por sus arcos de piedra aparentemente delicados pero duraderos. En los últimos tiempos, el hombre ha competido para construir estructuras súper altas, como el Burj Khalifa (el edificio más alto del mundo) y otras estructuras famosas que le precedieron, como el Taipei 101, las Torres Petronas y el Empire State. Pero el Taj Mahal (Figura 1) sigue siendo insuperable como una belleza grabada en piedra a la que ninguna otra estructura se acerca, a pesar de las distintas ventajas tecnológicas disponibles en el siglo XXI.

El Taj Mahal está situado en la orilla sur del río Yamuna en la ciudad de Agra en el estado de Uttar Pradesh, India. El mausoleo fue construido con mármol blanco translúcido en memoria de Mumtaz Mahal, segunda esposa del emperador mogol Shah Jahan, quien gobernó durante 30 años desde 1628 hasta 1658. Mumtaz Mahal murió en 1631, y el monumento fue encargado por Shah Jahan un año después en 1632; la mayor parte se completó en 1643.

Todo el complejo está construido sobre una superficie de 17 hectáreas e incluye, además del mausoleo, una mezquita, una casa de huéspedes, jardines y un muro almenado en tres lados. Además de Mumtaz Mahal, también están enterrados allí Shah Jahan y el constructor del complejo (Figura 2). El costo de construcción fue de 32 millones de rupias (≈ 0,5 millones de dólares); en 2019, la misma estructura sería de alrededor de mil millones de dólares.

La plataforma base del mausoleo es de 95,5 m2, y la estructura principal que alberga las tumbas es un cuadrado con esquinas achaflanadas (formando efectivamente un octágono). El ancho de la estructura principal a través de su centro es de 55 m. Cuatro minaretes de 40 m de altura, cada uno de ellos orientado hacia los chaflanes, enmarcan la tumba y confieren una belleza inconmensurable al mausoleo de 74,4 m de altura.

Una espectacular pieza central del mausoleo es la cúpula de 35 m de altura que descansa sobre un cilindro de 7 m de altura. Se estima que la enorme estructura transfiere una enorme carga de aproximadamente 7.000 MN a sus cimientos. Los minaretes se construyeron ligeramente fuera del pedestal y fueron diseñados de tal manera que se caerían del mausoleo en caso de que ocurriera una catástrofe. El complejo de jardines, llamado Charbagh, ocupa una superficie cuadrada de 300 m de cada lado y cuenta con 16 macizos de flores hundidos.

El río Yamuna se encuentra inmediatamente al norte del complejo. Para proteger el complejo de inundaciones y filtraciones del subsuelo, se excavó un área de 1,3 hectáreas a una profundidad de unos 50 m y se rellenó con piedra, ladrillos, mortero y tierra de grano fino. Se construyó una rampa de tierra de 15 kilómetros de longitud para transportar materiales de construcción al lugar.

Se construyeron dos diques de derivación aguas arriba del complejo para proteger la estructura de la socavación. Los diques parecen haber funcionado bien durante más de 350 años para proteger el Taj Mahal de los estragos del río Yamuna.

Hay información limitada disponible sobre el tipo de cimentación utilizada para sostener el Taj Mahal. Los restos de algunas estructuras, que se cree que tienen aproximadamente la misma edad que el Taj Mahal, se pueden encontrar en el lado opuesto de la orilla del río y presentan una base tipo "pozo", una práctica común en la India: hecha de ladrillos y cal. relleno de escombros y mortero.

El profesor Alfred Jumikis hizo la primera mención sobre los cimientos del Taj Mahal en 1962, cuando afirmó que se hundieron cajones cilíndricos a intervalos cortos para que sirvieran de cimientos, y que la terraza y la estructura principal descansaban sobre una balsa de mampostería fuerte y rígida. y soporta suelos rígidos de subrasante. En consecuencia, los asentamientos han sido insignificantes y los minaretes continúan manteniendo sus perfiles originales (es decir, verticalidad).

Los cimientos del Taj Mahal (Figura 3) son pozos excavados a intervalos cortos, sobre los cuales se construyó la plataforma de soporte, que consta de arcos de ladrillo/bóvedas en mortero de cal. Con base en datos históricos y arqueológicos limitados, se estima que la base de los cimientos tipo pozo está ubicada a una profundidad de 15 m debajo de la superficie del suelo. Por lo tanto, los cimientos se apoyan en un denso estrato de arena ubicado por debajo de la profundidad máxima de socavación estimada correspondiente a la descarga máxima de inundación del río Yamuna. La gruesa plataforma de mampostería funciona como una balsa semirrígida y distribuye la carga del Taj Mahal en un área más amplia, reduciendo así la tensión neta transferida al estrato de soporte.

Antes de principios de la década de 1980, no había registros históricos de las condiciones del subsuelo en el sitio. Desde entonces, se han realizado exploraciones alrededor del perímetro del Taj Mahal. Estas exploraciones muestran que el subsuelo comprende un perfil de suelo aluvial, típico de la región, que consiste en capas de arcilla limosa y arena que incluyen nódulos kankar.

En años más recientes, se ha informado que se han realizado un total de nueve perforaciones a lo largo de los lados norte, este y oeste del Taj Mahal en las ubicaciones aproximadas que se muestran en la Figura 4. Rao, et al. (1993) presentaron perfiles de suelo obtenidos de seis pozos (B1-B6) perforados a lo largo de la periferia y lejos del zócalo del Taj Mahal a profundidades de aproximadamente 40 m.

Cuatro pozos (B1 a B4) están ubicados entre el Taj Mahal y el río Yamuna, mientras que los pozos B5 y B6 se encuentran al este del Taj Mahal. En 2000, se avanzaron perforaciones adicionales para apoyar las investigaciones de radar de sondeo terrestre de los cimientos y otras características del subsuelo en el Taj Mahal. Esas investigaciones incluyeron pruebas de penetración estándar (SPT) a profundidades de aproximadamente 26 m en los lados norte, este y oeste del Taj Mahal (perforaciones denominadas BH-1, BH-2 y BH-3 en la Figura 4). El nivel freático oscila entre 4 y 5 m por debajo de la superficie del suelo cuando se avanzaron las perforaciones.

El perfil del suelo correspondiente a los pozos B1 a B4 a lo largo de la ribera del río consta de 12 a 16 m de arcilla de plasticidad baja a intermedia, por encima de 7 a 13 m de arena no plástica y mal graduada a arena limosa. Debajo de esta capa se encuentra una capa de arcilla de plasticidad intermedia, que se extiende hasta la profundidad de terminación del pozo. Existe un perfil de suelo similar en el lado este del monumento, pero con capas de espesores ligeramente diferentes debido a la variabilidad espacial.

La Figura 5 presenta un perfil generalizado del suelo basado en los registros obtenidos de las perforaciones. Los valores de SPT N aumentan linealmente con la profundidad desde aproximadamente 10-20 golpes/30 cm (es decir, golpes/pie) en los 5 m superiores, hasta aproximadamente 70-100 golpes/30 cm a una profundidad de 20 m debajo de la superficie del suelo. Según los recuentos de golpes, los sustratos se consideran suelos muy competentes, generalmente de baja compresibilidad, lo que demuestra que la capa superior de arcilla limosa es generalmente rígida y el estrato de arena es denso.

La Tabla 1 resume las propiedades del material geotécnico de las capas de suelo en el sitio Taj Mahal a partir de pruebas de laboratorio de muestras de suelo recolectadas de los pozos B1 a B6. Los pesos unitarios son bastante altos, aproximadamente 20 kN/m3, y los contenidos de agua son correspondientemente relativamente bajos, oscilando entre 19 y 25 por ciento.

La resistencia al corte no drenada de las capas de arcilla, según los resultados de las pruebas de compresión no confinada, oscila entre 45 y 50 kPa, mientras que el ángulo de resistencia al corte del material arenoso, según las pruebas de compresión triaxial, es de 42°. El módulo de elasticidad de las dos capas inferiores oscila entre 50 y 55 MPa. Las conductividades hidráulicas de la capa superior de grano fino y de la capa intermedia de grano grueso son del orden de 10-5 y 10-3 cm/s, respectivamente, mientras que la capa inferior de arcilla de rigidez media es relativamente impermeable, con una conductividad hidráulica de aproximadamente 10-6 cm/s.

Las capas en los 18-20 m superiores del perfil del suelo tienen nódulos kankar en su interior. Los nódulos Kankar se forman debido a la precipitación de agentes cementantes, como el carbonato de calcio y el clorato de sodio, alrededor de las partículas del suelo a medida que los niveles de agua subterránea descienden durante la estación seca. Como resultado, las partículas del suelo se cementan/adhieren y se vuelven muy duras. El hecho de que estos nódulos existan hasta profundidades de 20 m sugiere que los niveles de agua subterránea deben haber sido más bajos que esa profundidad en el pasado.

Los ciclos alternos de humedecimiento y secado debido a la fluctuación estacional del nivel freático y los cambios de temperatura introducen fuerzas capilares en el suelo. El efecto neto es una ganancia de resistencia y una reducción de la compresibilidad del suelo debido al fenómeno de desecación o pseudosobreconsolidación. Los estratos superiores del sitio del Taj Mahal pueden haberse pseudoconsolidado con el tiempo, impidiendo así que el Taj Mahal dañe los asentamientos totales y diferenciales.

Si bien el Taj Mahal aún conserva su belleza etérea gracias a las condiciones estables del terreno, los cimientos aparentemente fuertes que soportan su peso y los materiales y habilidades empleados por los constructores para crear una estructura tan icónica, las condiciones ambientales podrían plantear peligros futuros. Como se mencionó anteriormente, el Taj Mahal está ubicado cerca del punto donde el río Yamuna hace una curva pronunciada alejándose del monumento (Figura 6).

La foto muestra claramente la erosión continua a lo largo del lado norte del monumento, como lo demuestra la resedimentación de la carga del lecho del río en la curva interior del río. Los diques y el terreno modificado alrededor de los cimientos del Taj Mahal han resistido la erosión, pero será necesario monitorear de cerca este proceso y tomar medidas protectoras cuando las condiciones lo justifiquen.

Otra preocupación ambiental es la contaminación (Figura 7). Desafortunadamente, Agra, donde se encuentra el Taj Mahal, está considerada una de las ciudades más contaminadas de la India. A medida que la población de la región sigue creciendo, muchas ciudades de las llanuras indogangéticas están cada vez más contaminadas con desechos industriales y municipales sólidos y líquidos, que a veces se vierten directamente en arroyos y ríos, incluido el río Yamuna. El problema es complejo por cuestiones y aspectos sociales, económicos y políticos. Pero gracias a los esfuerzos del gobierno de la India y de varios institutos técnicos que estudian estos problemas, se están abordando los problemas y, con suerte, se resolverán en un futuro próximo.