UNA HISTORIA DE LOS PRIMEROS ANALES DE LA MECÁNICA DE SUELOS Y CIMENTACIONES

El profesor Geuze (Figura 1) nació en Dordrecht, Holanda, en 1906. Recibió sus títulos universitarios y de posgrado en ingeniería de la Delft Technische Hogeschool en Delft, Holanda, y terminó su educación con el título profesional (I.R.) equivalente a un doctorado en Estados Unidos. Su especialidad fue la ingeniería geotécnica. (Nota: aquí utilizo el término “ingeniería geotécnica” porque en ese momento el campo se llamaba mecánica de suelos e ingeniería de cimientos).

Como era típico de los jóvenes ingenieros civiles holandeses de entonces, pasó varios años en colonias holandesas en el Lejano Oriente, Nueva Guinea Holandesa e Indonesia, donde conoció a su esposa. En Holanda, Geuze dirigió el Laboratorio de Mecánica de Suelos en Delft, un laboratorio de investigación de fama mundial, y también fue miembro del cuerpo docente de la Universidad Técnica de Delft. Dirigió el Laboratorio de Mecánica de Suelos aproximadamente desde 1935 hasta 1960, cuando emigró a los Estados Unidos para dirigir el Departamento de Ingeniería Civil del RPI. Se le consideraba uno de los líderes en su campo, tenía una excelente reputación internacional y era muy conocido por varias de sus publicaciones clásicas y logros de investigación.

Conocí a Geuze por primera vez en enero de 1973. Mientras tenía una beca en el Instituto Geotécnico Noruego en Oslo, Noruega, viajé al RPI para entrevistarme allí para un puesto docente. Cuando me uní a la facultad de RPI ese otoño, el profesor Geuze se había jubilado, pero todavía enseñaba a tiempo parcial y era bastante activo asesorando en muchos trabajos internacionales. Pronto entablamos relaciones profesionales y personales duraderas hasta su muerte en 1987.

Creo que esta amistad se formó porque yo no era un doctorado novato. cuando me uní a RPI. Me sacaron 13 años de mi BSCE, era un P.E. registrado. en dos estados y tenía experiencia en consultoría gubernamental, militar, industrial y privada. Después de que Geuze me pidió que trabajara con él en sus tareas de consultoría, normalmente nos reuníamos en el comedor del personal docente de RPI para almorzar y realizar nuestra consultoría. Pronto me di cuenta de que había llevado una vida interesante, con experiencias de las que disfrutaba escuchar y aprender, así que hice un trato con él. Primero atendíamos nuestra consulta y luego, tomando café y postre, entablamos una conversación relajada (lo que significa que él iba a contar historias). Como acepté comprar el almuerzo, él aceptó de buena gana. Fue dinero bien gastado. Este es uno de los cuentos que me contó.

En los primeros días de la mecánica de suelos, los métodos de mejora del suelo se limitaban a lo básico: principalmente compactación, lechada y deshidratación. Uno que no estaba en la mente de los expertos en mecánica de suelos cuando se desarrolla esta historia es la electroósmosis. EO utiliza electricidad para acelerar el movimiento del agua a través del suelo hasta un drenaje o pozo. El agua de los poros del suelo fluye debido a los iones cargados positivamente que se crean al aplicar una corriente continua. La mayoría de las superficies del suelo están cargadas negativamente y se forma una zona cargada positivamente, que también contiene agua (llamada doble capa) para equilibrar la carga negativa. La aplicación de un gradiente eléctrico hace que los cationes hidratados se muevan hacia el cátodo, arrastrando también el agua libre.

El coeficiente de conductividad hidráulica electroosmótica es bastante constante en el suelo, alrededor de 10-4 cm/s, varios órdenes de magnitud mayor que la conductividad hidráulica típica de una arcilla (es decir, alrededor de 10-7 a 10-8 cm/s). Así, el suelo se comporta como limo o arena fina bajo un gradiente eléctrico, por lo que el EO es bastante eficaz para reducir el contenido de agua en las arcillas. Los químicos y científicos conocían bien el proceso del EO desde principios del siglo XIX, pero en ese momento no había aplicaciones prácticas. La primera aplicación conocida de EO para la estabilización de suelos se produjo en 1939 en un corte de ferrocarril en Salzgitter, Alemania.

Cuando el contratista no pudo estabilizar la pendiente de limos arcillosos (Figura 2a), se llamó a Leo Casagrande para diseñar el trabajo. Casagrande, un eminente ingeniero geotécnico en Europa en ese momento y jefe de la División de Mecánica de Suelos de la Oficina del Inspector General de Carreteras Alemanas, había realizado considerables estudios de laboratorio sobre EO, pero ninguna aplicación de campo. Señaló que no habría sugerido una aplicación de EO en campo grande, basándose únicamente en sus experimentos de laboratorio, pero como el contratista estaba desesperado, a Casagrande se le dio vía libre para hacer lo que creía necesario, por lo que decidió diseñar e instalar un Sistema OE.

Uno o dos días después de la instalación, se estabilizó el suelo y se completó el trabajo (Figura 2b). El contenido de agua sólo se redujo entre un 1 y un 2 por ciento, pero la resistencia del suelo aumentó lo suficiente como para estabilizar el terraplén. Normalmente, un esfuerzo tan exitoso daría como resultado publicaciones y comunicaciones dentro de la comunidad geotécnica. Pero cuando comenzó la Segunda Guerra Mundial en septiembre de 1939, no hubo noticias sobre la aplicación EO, por lo que sólo unas pocas personas conocieron el proyecto hasta después del final de la guerra.

Los submarinos navales alemanes eran conocidos como U-boats, una versión inglesa de la palabra alemana U-boot, una abreviatura de Unterseeboot para barco submarino. De 1940 a 1943, los submarinos hundieron un gran número de barcos de suministros que viajaban entre América del Norte, Gran Bretaña y Rusia, lo que en un momento provocó una grave escasez de alimentos y suministros para Gran Bretaña. Después de la guerra, Winston Churchill notó que lo que más le preocupaba durante la guerra era la amenaza de los submarinos.

El gran almirante Karl Doenitz fue el comandante supremo de la marina alemana, la Kriegsmarine, durante la Segunda Guerra Mundial. Creía que los submarinos podrían ganar la guerra contra Gran Bretaña hundiendo suficientes barcos de suministro como para provocar una grave escasez de alimentos y obligar a Gran Bretaña a pedir condiciones de paz o rendirse. Aunque los submarinos tuvieron éxito en el mar, fueron vulnerables a los ataques aéreos británicos mientras estaban en el puerto, donde sufrieron pérdidas y daños.

Doenitz sabía que los submarinos debían estar protegidos en el puerto, por lo que se construyeron almacenes para submarinos. Los almacenes eran estructuras enormes, con techos de hasta 20 pies de espesor en algunos casos, para hacerlos invulnerables a las bombas en ese momento. Debido a que para construir los almacenes se requirió el 60 por ciento del cemento disponible en Alemania durante la guerra, Doenitz tuvo que recibir permiso directamente de Hitler para usarlo. Se construyeron almacenes para submarinos en Francia, Alemania, Dinamarca y Noruega. La Figura 3 muestra los almacenes para submarinos en Trondheim, Noruega, con los submarinos entregados después de la guerra el 19 de mayo de 1945. Nótese los techos gruesos (hoy en día, una atracción turística popular en Trondheim es un recorrido por el puerto que visita los almacenes para submarinos ).

El problemático recinto para submarinos en el que se centra esta historia estaba situado en la costa suroeste de Noruega, al sur de Stavanger. Las excavaciones para los almacenes se vieron obstaculizadas cuando la arcilla sensible y muy limosa, remodelada por las actividades de construcción, se volvió casi líquida. Se instalaron dos filas de tablestacas para retener el costado de la gran excavación, pero fallaron a pesar de estar incrustadas 65 pies (Figura 4). Como resultado, cuando la excavación alcanzó aproximadamente la mitad de la profundidad requerida de 46 pies, el suelo se levantó y se llenó en unos pocos segundos, impidiendo un mayor avance.

Cuando llamaron a Leo Casagrande para resolver este problema, el contratista aceptó de mala gana y con escepticismo la recomendación de Casagrande de aplicar estabilización electroosmótica. El sistema EO (Figura 5) constaba de dos filas de electrodos, colocados a una profundidad de 60 pies. Los cátodos consistían en un tubo ranurado de 8 pulgadas de diámetro cubierto con una fina malla de cobre, espaciados a 30 pies de distancia. Los ánodos eran tuberías de gas de acero común situadas a medio camino entre los cátodos. Dos días después de que se aplicó electricidad al sistema EO, el sitio era lo suficientemente estable como para permitir que la excavación se extendiera a su profundidad requerida para que la construcción pudiera continuar. El sistema EO funcionó durante unos seis meses y el contenido medio de agua disminuyó sólo alrededor de un medio por ciento, pero eso fue suficiente. Los almacenes se completaron con éxito.

Los vuelos de reconocimiento británicos obtuvieron fotografías aéreas durante la construcción de los almacenes para submarinos cerca de Stavanger. La inteligencia británica estaba interesada en los procedimientos de construcción y pidió a Hugh Golder que estudiara las fotografías e informara de sus observaciones. Golder, que más tarde emigraría a Canadá después de la guerra y fundaría Golder Associates, trabajaba en ese momento en la Estación de Investigación de Edificios del Reino Unido y, a menudo, trabajaba con la inteligencia británica. Después de estudiar las fotografías aéreas, Golder rápidamente concluyó que el sitio estaba siendo deshidratado para bajar el nivel freático y estabilizar los suelos.

Sin embargo, después de examinar las fotografías más detenidamente y estudiar los mapas geológicos de la región, se dio cuenta de que las arcillas blandas y sensibles del lugar no podían deshidratarse utilizando sistemas convencionales de drenaje por gravedad. Pero estaba confundido acerca del sistema de tuberías para el sistema de drenaje porque las tuberías de pequeño diámetro que se utilizaban no se parecían a ningún sistema de drenaje convencional que conocía, si es que realmente se trataba de un sistema de drenaje.

Consultó en vano a varios de sus colegas geotécnicos en Gran Bretaña y le dijo a la Inteligencia británica que estaba perplejo. Golder recomendó que contactaran a Geuze. Sin embargo, como se encontraba en los Países Bajos ocupados por los alemanes, una reunión podría resultar difícil. La inteligencia británica contactó a sus contactos en los Países Bajos y descubrió que Geuze no era un simpatizante nazi y no estaba involucrado en actividades partidistas. De hecho, Geuze y varios de sus colegas del laboratorio de Mecánica de Suelos de Delft eran bastante activos con el underground holandés. Y como el laboratorio trabajaba en presas, diques y canales en todos los Países Bajos, podían viajar con bastante libertad por todo el país, en una época en la que los viajes estaban estrictamente controlados por los alemanes. Por lo tanto, podrían fácilmente transmitir información entre grupos partidistas. Como no querían poner en peligro su libertad de circulación, se abstuvieron de realizar actos abiertos de sabotaje o violencia.

La inteligencia británica organizó una reunión con Geuze y organizó un vuelo de Inglaterra a los Países Bajos. Los partisanos holandeses prepararon un pequeño aeródromo en las afueras de Delft y, a la hora acordada, encendieron botes de queroseno a lo largo de la pista. Mientras Geuze me contaba la operación con vívidos detalles, quedé absolutamente fascinado y pude imaginar a los partisanos corriendo por el aeródromo, encendiendo las ollas de queroseno, una escena que recuerda a muchas películas de la Segunda Guerra Mundial.

La avioneta aterrizó, un oficial británico embarcó rápidamente, el avión dio media vuelta y regresó a Inglaterra. Estrictamente hablando, el oficial británico no era un espía según las reglas de la guerra, porque vestía uniforme. Geuze notó que no había diferencia, ya que a todos les habrían disparado si los hubieran capturado. La reunión tuvo lugar en una casa segura cerca de Delft. Desafortunadamente, Geuze hizo los mismos movimientos que Hugh Golder y sus otros colegas, y no pudo agregar ninguna información adicional sobre la construcción de los almacenes para submarinos.

Era bien sabido que los almacenes se habían construido, pero muy pocas personas conocían el uso de OE para la estabilización del suelo hasta después de la guerra. Unas noches más tarde, la avioneta regresó para transportar al oficial británico de regreso a Inglaterra. Geuze señaló que, si bien se obtuvo poca información útil de la reunión, fue una visita agradable. Hubo mucha buena comida y bebida, realzada por una generosa cantidad de excelente whisky escocés traído desde Inglaterra.

A medida que la guerra en Europa estaba llegando a su fin, Arthur Casagrande, en Harvard y trabajando con la Inteligencia estadounidense y el Cuerpo de Ingenieros, instó a que los aliados occidentales detuvieran a su hermano Leo antes de que los rusos lo capturaran. Inmediatamente después del final de la guerra, los ingenieros y científicos aliados, al igual que sus homólogos rusos, viajaron a Europa para examinar las recientes innovaciones alemanas y localizar a destacados científicos e ingenieros alemanes.

Leo escapó de Berlín cuando los rusos entraban y los británicos lo detuvieron. Arthur tenía toda la razón, ya que los rusos vinieron a buscar a Leo al día siguiente de su partida. Invitado por el gobierno británico a unirse a la Estación de Investigación Británica, Leo trabajó allí de 1946 a 1950, y se unió a su familia en 1947. Leo tenía una amplia experiencia en ingeniería geotécnica, pero el interés inicial de la Estación fue su trabajo en EO, aproximadamente del que se sabía muy poco fuera de Alemania.

Publicó una serie de informes y publicaciones sobre EO que rápidamente llamaron la atención de los ingenieros geotécnicos de todo el mundo de habla inglesa, lo que generó reconocimiento para Leo y el tema. Arthur Casagrande consiguió un puesto docente en Harvard para Leo y, en 1950, él y su familia emigraron a los Estados Unidos. También se unió a su hermano Arthur y a Karl Terzaghi (Figura 6), formando un ilustre grupo geotécnico. Durante esta parte de su carrera, Leo estuvo muy activo en la ingeniería geotécnica: académico, investigación y consultoría. Se retiró de la docencia en 1972, fundó Casagrande Consultants en 1969 y se retiró de la consultoría en 1986. Murió en 1990 a los 87 años.

Desde finales de la Segunda Guerra Mundial hasta aproximadamente 1970, el EO se utilizó para la estabilización del suelo en proyectos apropiados, pero se desarrollaron métodos de estabilización de suelos nuevos, mejorados y más económicos, y el EO rara vez se utilizó. Sin embargo, con una mayor actividad en el ámbito geoambiental, hubo un renacimiento en el uso de metodologías de gradiente eléctrico en áreas como la remediación de la contaminación del suelo, la remediación de la contaminación de las aguas subterráneas y otros proyectos que requerían la eliminación de agua intersticial contaminada. Debido a que el agua de los poros se mueve a través del suelo y puede eliminarse, también se pueden eliminar muchos contaminantes del agua de los poros. Este campo, llamado electrocinética, incluye EO y es muy activo.

El Laboratorio de Mecánica de Suelos de Delft continuó trabajando bajo control alemán mientras continuaba la Segunda Guerra Mundial. En 1943, cuando las cosas empezaron a ir mal en Alemania, un número cada vez mayor de ciudadanos del Benelux de Bélgica, los Países Bajos y Luxemburgo fueron enviados a Alemania para trabajar en fábricas. No fueron alojados en campos de concentración porque los alemanes los consideraran arios, pero las condiciones eran duras y fueron tratados esencialmente como mano de obra esclava. Esta reubicación incluyó a miembros del laboratorio que estaban programados para ir a Alemania. Geuze protestó enérgicamente por estas reubicaciones argumentando que el trabajo del laboratorio que se ocupa de presas, diques y canales debe continuar. Sus protestas resultaron ser proféticas.

La tarde del 16 de mayo de 1943 tuvo lugar el famoso ataque de los “Dambusters”. Los bombarderos Lancaster británicos atacaron tres grandes represas alemanas en la zona industrial del Ruhr, rompiendo dos de ellas, provocando grandes inundaciones y daños relacionados, y elevando considerablemente la moral británica. Geuze se acercó a su supervisor alemán y le dijo: “Mira lo que pasó, exactamente como te dije, y las presas y diques en los Países Bajos serán atacados, inundando una gran parte del país. Debemos continuar nuestro trabajo”. Al personal de Delft Soil Mechanics se le permitió permanecer en los Países Bajos durante aproximadamente un año más. Geuze señaló que estaba extremadamente agradecido con los "Dambusters". Al final de la guerra, cuando se hizo evidente que Alemania estaba perdiendo la guerra, él y sus colegas fueron enviados a Alemania a trabajar en las fábricas.

Muchos han dicho que el período comprendido entre 1950 y principios de la década de 1970 fue una época dorada de la mecánica de suelos y la ingeniería de cimientos, en el área de Boston, si no en el país. Arthur, Leo Casagrande y Karl Terzaghi estaban en Harvard, y en el otro extremo de la Avenida Massachusetts en Cambridge, en el MIT, estaban Hal Aldrich, T.W. Lambe, Robert Whitman, Donald Taylor y más tarde Charles Ladd.

Existían numerosas y reconocidas empresas de consultoría geotécnica, integradas por eminentes ingenieros geotécnicos. La Sociedad de Ingenieros Civiles de Boston era una organización independiente y muy activa, que no formaba parte de la ASCE, y que producía sus propias publicaciones que incluían una revista y el clásico conjunto de tres volúmenes Contributions to Soil Mechanics.

Se podría decir que el centro de gravedad de la ingeniería geotécnica estaba ubicado en algún lugar del área de Boston. Después de hacer algunos cálculos esotéricos y muy complejos (y quizás cuestionables), estimó que el verdadero centro de gravedad estaba ubicado en la Avenida Massachusetts entre Harvard y el MIT, en la ubicación actual de un restaurante McDonald's. El centro de gravedad cambió en años posteriores, y así es como debería ser, pero en mi opinión, la experiencia geotécnica en Boston formó el núcleo para el crecimiento de la profesión en todo Estados Unidos.