LA CONSOLIDACION DE LA MECANICA DE SUELOS 1920-1970 POR RALPH B. PECK.

La Consolidación de la Mecánica de Suelos  1920-1970 por Ralph B. Peck

"La Consolidación de la Mecánica de Suelos: 1920-1970", fue el tema de la Primera Conferencia Spencer J. Buchanan impartida por el Dr. Ralph B. Peck (Junio 23, 1912 – Febrero 18, 2008) el viernes, 22 de octubre de 1993 en el Aula de Clase A del edificio Clayton W. Williams, Jr. Alumni Center George Bush Drive and Houston Street de la Texas A&M University College Station, Texas. Aquí (a los 90 años) relata su conocimiento y experiencia con Karl Terzaghi y del desarrollo de la Mecánica de Suelos en el siglo XX. También brinda con un claro nivel de detalle algunos interesantes aspectos de la construcción del metro de Chicago, en donde se estableció el Método Observacional y la forma en que se concibió el libro 'Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería'.

Ralph Brazelton Peck, por la época en que dictó la Primera Conferencia Spencer J. Buchanan

INTRODUCCIÓN

Spencer Buchanan y yo teníamos en común nuestra profesión de Mecánica de Suelos, en momentos en que la disciplina estaba empezando a ocupar su lugar en el mundo de la ingeniería. Ambos fuimos afortunados de haber conocido a Karl Terzaghi. Junto con muchos otros discípulos, practicamos nuestra profesión bajo su poderosa influencia.

La mayoría de las nuevas disciplinas, ya sea en la ciencia, la ingeniería o cualquier otro campo de actividad, pasan a través de etapas de desarrollo muy similares a las etapas de crecimiento de una persona. Al igual que un ser humano, la disciplina tiene un linaje o herencia, seguido de un período de gestación y el nacimiento. A menudo hay un período de rápido crecimiento juvenil, una adultez joven en la que hay una lucha por la aceptación, y finalmente una etapa de madurez, cuando se alcanza todo el potencial de la disciplina.

En muchas de las ramas del conocimiento y disciplinas, estas etapas representan el trabajo y las ideas de muchas personas, a menudo ampliamente distantes en el espacio y el tiempo. La Mecánica de Suelos es una excepción. Pocas veces el desarrollo de una rama de la actividad humana, ha sido en tan gran medida el resultado de los esfuerzos de un solo individuo. Karl Terzaghi, en la última mitad de su vida, creó el tema tal y como lo conocemos hoy en día, y lo llevó a la corriente principal de la práctica de la ingeniería civil. Cómo lo hizo es una historia fascinante en la que Spencer y yo jugamos una pequeña parte, y que me gustaría esbozar para ustedes.

En los últimos meses, dos personas bien preparadas, una en este país y otra en Europa, han manifestado su intención de escribir una biografía de Karl Terzaghi. Cada uno de ellos llegó a la conclusión de que el esfuerzo tardará al menos seis años. Ciertamente, en una breve hora, no puedo hacer nada más que esperar darles una introducción sobre este hombre a quien Spencer Buchanan y yo, junto con una serie de otros ingenieros, debemos mucho.

Spencer J. Buchanan

ASCENDENCIA

Fundaciones, excavaciones, túneles y presas se construyeron mucho antes de Terzaghi. Muchos tuvieron éxito, algunos fueron fracasos desastrosos. Los ingenieros tenían poco que los guiara, más que la experiencia, que a menudo les servía bien, pero de vez en cuando les fallaba. Hasta alrededor de 1920, había poco en el campo de conocimientos que poseían los profesionales, excepto algunas teorías clásicas de la presión de tierras, algunas fórmulas de hincado de pilotes, muchas veces engañosas, y una dependencia algo equivocada en las pruebas de carga en campo.

Terzaghi a los 23 año

Este es el estado de la materia cuando el joven Terzaghi se graduó en la Technische Hochschule de Graz en Austria, en ingeniería mecánica, un tema que parecía no convencerlo completamente, ya que asistió a clases lo menos posible y casi fue expulsado debido a sus actividades no-académicas (bebidas, disturbios y duelos). El punto brillante en su educación fue la geología, en la que tomó un gran interés, llegando posteriormente incluso a utilizar su tiempo libre en 1904 y 1905, mientras se encontraba en el ejército austriaco, para traducir al alemán las "Generalidades de la Geología de Campo" ("Outline of Field Geology") de Sir Archibald Geikie (publicado en 1882).

Después de su servicio militar, ingresó al campo de la ingeniería civil como ingeniero para un contratista que, debido al conocimiento de la geología de Terzaghi, le asignó tareas de trabajo que involucraban problemas de roca y suelo. Durante los próximos años, Terzaghi se enfrentó a la falla de una presa de gravedad que se apoyaba sobre una capa de suelo de una aparente excelente calidad, a las inesperadas dificultades de cimentación durante la construcción de una planta de energía hidroeléctrica, y a la aparición imprevista de asentamientos excesivos de un edificio en Viena. Estos y otros incidentes similares, aun cuando la geología era bien entendida, desafiaron a Terzaghi a elevar el estado del conocimiento en la ingeniería de movimientos de tierra, a un nivel superior. En sus palabras, allí "creció en mí la decisión de dedicar mi energía de trabajo a la exploración de la frontera entre la geología y la ingeniería de fundaciones". (Trad. L. Bjerrum).

Sir Archibald Geikie (1835-1924)

GESTACIÓN Y NACIMIENTO

Para avanzar en este sentido, Terzaghi organizó la visita a numerosas obras en construcción por parte del U.S. Reclamation Service, que había sido fundado por Teodoro Roosevelt en 1904. Entre 1912 y 1913 visitó muchos trabajos de construcción en Norte América, y prestó especial atención a su geología. Sin embargo, en marzo de 1913, no habiendo encontrado correlación alguna evidente entre el éxito o el fracaso de las obras de construcción y la geología, se desalentó profundamente.

Dibujo de la libreta de Terzaghi en su primer viaje a los Estados Unidos (1912-1913)

De regreso a Austria a finales de 1913, él y dos amigos planearon iniciar una pequeña empresa de construcción, pero la Primera Guerra Mundial se interpuso. Como oficial de reserva pasó un breve período en los Balcanes en una unidad de caballería. Relató cómo, necesitando desesperadamente una nueva silla de montar, efectuó todos los procedimientos requeridos para una solicitud formal y esperó meses para su llegada. Cuando llegó, sin embargo, había sido trasladado a la fuerza aérea en una instalación de pruebas cerca de Viena.

Para su gran sorpresa, en 1916 fue enviado al Instituto Imperial de Ingeniería en Estambul, ya que Turquía se alió con las Potencias Centrales, a dar clases sobre carreteras y construcción. Allí, a pesar de la guerra y la necesidad de preparar sus notas de clase en francés, Terzaghi encontró tiempo para examinar de nuevo los problemas de la ingeniería de movimiento de tierras. Leyó ampliamente tomando notas meticulosas y comentarios. También comenzó una larga serie de experimentos, con equipos muy primitivos, incluyendo sus famosas pruebas con cajas de cigarro, que establecieron la relación entre el desplazamiento de un muro de contención y la magnitud de la presión lateral de tierra. Otros experimentos relacionados con una amplia gama de temas, incluyeron la caracterización de la fricción superficial de la arena, capacidad de carga, y los efectos del flujo ascendente de filtraciones. Fue en efecto, un período de gestación en el que muchas ideas comenzaron a tomar forma.

Todo este esperanzador progreso fue amenazado con cesar abruptamente, sin embargo, cuando el frente central en Europa se derrumbó, y todos los representantes de Austria y Alemania en Turquía fueron despedidos. Con gran buena fortuna, sin embargo, Terzaghi fue contratado para enseñar ingeniería civil en la Universidad Robert (Robert College), también en Estambul, con un sueldo muy bajo, pero en un ambiente agradable. La historia dice que recibió su pago en las fechas en que tenía que ir a ofrecer algo en el mercado si deseaba algo de dinero para sus necesidades. Sin embargo, rápidamente estableció un laboratorio pequeño, volvió a su trabajo, y reflexionó y procesó sus experiencias y estudios. Como recordó más tarde, estaba sentado un día de marzo de 1919, observando las magníficas vistas del Bósforo desde el campus de la Universidad Robert, cuando todas las experiencias del pasado se enfocaron y de repente se dio cuenta de cuales propiedades físicas debían ser investigadas para permitir una comprensión del comportamiento de ingeniería de los suelos. En unas cuantas hojas de papel, enumeró las investigaciones necesarias y esbozó el aparato necesario. Incluido en el aparato estaba el primer edómetro o dispositivo de consolidación para determinar la relación entre la presión, la deformación y la permeabilidad de las arcillas.

Dibujo del Terzaghi con diseño del primer oedómetro-permeámetro (1919)

Él tuvo inmediatamente dos de los dispositivos fabricados y empezó a hacer ensayos. Investigaciones críticas en la resistencia al corte y la presión de filtración siguió rápidamente. A partir de ese día de marzo, en verdad el nacimiento de la Mecánica de Suelos, el trabajo de Terzaghi se enfocó y culminó en 1925 con la publicación de Erdbaumechanik, que hoy reconocemos como el primer tratado comprensivo y exponente de la Mecánica de Suelos.

Erdbaumechanik fue precedida por la publicación de los trabajos de Terzaghi sobre la teoría de la consolidación y su corolario implícito, el principio de los esfuerzos efectivos. Es de destacar que la teoría fue desarrollada después de los experimentos. Sólo cuando Terzaghi sintió que entendía el fenómeno sobre la base de un estudio intensivo de los datos de ensayos realizados con materiales de cimentación reales, volcó su atención a una teoría matemática que incorporara los resultados.

ADOLESCENCIA - LA LUCHA POR LA ACEPTACIÓN

La aparición de Erdbaumechanik no fue la culminación del desarrollo de la Mecánica de Suelos, sino sólo el comienzo. Podría haber pasado desapercibida si no fuera por el sorprendente e inesperado asentamiento de la nueva y monumental estructura que iba a albergar el Instituto de Tecnología de Massachusetts. El asentamiento de la nueva sede de una de las instituciones técnicas líderes del mundo, llegó como una gran sorpresa para todos los interesados. John R. Freeman, un ex alumno del Instituto y uno de los ingenieros más destacados de su época, vio en Erdbaumechanik una posible explicación de lo que había pasado y recomendó que se invitara a Terzaghi a MIT. La convocatoria coincidió con un período sabático para Terzaghi, y Terzaghi aceptó con presteza. Los estudiantes de Terzaghi del MIT desde 1925 hasta 1928 fueron los verdaderos veteranos en la Mecánica de Suelos. Ellos absorbieron las nuevas enseñanzas, las trasladaron a la práctica, introdujeron la materia en los programas de estudio de muchas universidades y con entusiasmo la condujeron a la corriente principal de la ingeniería civil.

Edificio 10 y Killian Court en MIT

Terzaghi entró a su trabajo en el MIT con celo misionero. Casi de inmediato fue invitado a dirigirse a la Boston Society of Civil Engineers, ante quien presentó la ponencia "Concepciones Modernas Relacionadas con la Ingeniería de Fundaciones". Dos años más tarde "La Ciencia de las Fundaciones - Su Presente y Futuro", apareció en las Actas de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, y fue examinado por un impresionante número de profesionales y educadores sobresalientes de la época. Entre tanto la investigación en el MIT procedió en muchos frentes, bajo la cercana dirección de Terzaghi, por parte de estudiantes como Glennon Gilboy, Arthur Casagrande, Leo Jurgensen, y de hecho una gran cantidad de personas cuyos nombres reconocerían.

El empuje de los artículos de Terzaghi y gran parte de su investigación en el MIT, fue dirigida a las observaciones del comportamiento de estructuras a gran escala, junto con la determinación de las propiedades físicas importantes de los materiales bajo la superficie. Por ejemplo, en una carta del 14 de julio de 1927, Terzaghi escribió al Sr. C.H. Eiffert, Ingeniero Jefe del Distrito de Conservación de Miami en Dayton, Ohio, "Recibí su carta del 11 de julio y estuve muy complacido de saber que usted está dispuesto a cooperar con nosotros en la investigación del núcleo de una de sus presas de relleno hidráulico. Me parece que sería conveniente profundizar el pozo (apique) a través del núcleo de la presa de Germantown … Los datos obtenidos a partir del pozo de Germantown se correlacionarían con los datos obtenidos del sondeo practicado en el núcleo de la misma represa.". En una carta anterior había comentado: "El caballero que estaría a cargo directo del trabajo fue reconocido como un estudiante excepcionalmente brillante. Se graduó hace dos años y pasó el último año como asistente de investigación en mi laboratorio de suelos en el MIT. Por lo tanto, no hay duda de que él se ocuparía de la proposición a total satisfacción de todos los interesados. Él quiere seleccionar la investigación como tema de tesis de Doctorado". El hombre era Glennon Gilboy, y su tesis, efectivamente se materializó, así como un documento sobre las presas de relleno hidráulico en la Revista de la Sociedad de Ingenieros Civiles de Boston. Gilboy pasó a convertirse en el sucesor de Terzaghi en el MIT, cuando éste regresó a Europa en 1928. Su tesis fue sólo un ejemplo de los continuos esfuerzos de Terzaghi para obtener, y para alentar a otros ingenieros de obtener, datos de campo con respecto al comportamiento y a las propiedades del suelo que sugieran nuevas líneas de investigación o permitieran evaluar la capacidad de la nueva Mecánica de Suelos para predecir el desempeño de los movimientos de tierra sobre la base de las investigaciones del suelo y los principios del comportamiento de los suelos.

Represa Germantown

Mesón de trabajo y muestras del núcleo de la represa

Pozo para extracción de muestras del núcleo

El modelo establecido por Terzaghi para la enseñanza y la práctica relacionada con la investigación se llevó a cabo en el MIT por Gilboy y sus colaboradores y estudiantes, entre ellos Spencer Buchanan, quien presentó una tesis en 1931 sobre "Una Investigación Experimental de la Filtración a Través de Diques Modelo". Arthur Casagrande, otro de los colaboradores de Terzaghi, estableció su propio laboratorio y sus cursos en Harvard y en 1931 desarrolló una investigación en líneas similares. Otros que se familiarizaron con la Mecánica de Suelos, bien sea por contacto directo con Terzaghi y sus sucesores o por la extensa literatura que empezaba a aparecer, comenzaron a ofrecer instrucción en el nuevo tema. En 1936, la Primera Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones fue organizada en la Universidad de Harvard por Arthur Casagrande. Este evento que se podría llamar la "fiesta de bienvenida" de la nueva disciplina. Reunió a más de 200 trabajadores de 20 países, las Actas de la Conferencia se convirtieron en una de las principales fuentes para la enseñanza y la práctica de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones, y Terzaghi estableció el tono y dirección del progreso futuro en su bien conocido discurso de apertura y otras discusiones durante la Conferencia. Parece bastante destacable en retrospectiva, que ya existieran importantes laboratorios y cursos de Mecánica de Suelos en las principales universidades de todo el país y alrededor del mundo, sólo una década después de la aparición de Erdbaumechanik.

Destacados entre los asistentes se encontraban representantes de los U.S. Army Corps of Engineers (Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE. UU.), una de las primeras organizaciones en darse cuenta del valor potencial de la nueva asignatura para su trabajo en la construcción de presas y diques. Entre este grupo estaba Spencer Buchanan, que había establecido y estaba entonces a cargo del laboratorio de Mecánica de Suelos de la U.S. Waterways Experiment Station en Vicksburg, Otros fueron Gail Hathaway, Hibbert Hill, Benjamin J. Hough, Jr., Theodore T. Knappen, Thomas A. Middlebrooks, Robert Philippe, y Francis B. Slichter. Esta es sólo una lista parcial, pero se reconocen muchos nombres conocidos. El Cuerpo de Ingenieros necesitaba la Mecánica de Suelos, la utilizó y, sobre todo bajo el régimen de 'Papá' Middlebrooks cuando fue puesto a cargo de la Mecánica de Suelos en la Oficina del Jefe de Ingenieros, financió investigaciones de la mayor importancia, tales como los programas de ensayos triaxiales en Harvard y el MIT.

De ninguna manera, sin embargo, fue la Mecánica de Suelos universalmente aceptada. Muchos ingenieros destacados, tal vez desmotivados por las formulaciones matemáticas y poco convencidos de que las propiedades mecánicas e hidráulicas de materiales naturales tan variables como los suelos podrían ser evaluados con confianza por los ensayos; perdieron pocas oportunidades de menospreciar la importancia o el sentido práctico de la asignatura. El 7 de octubre de 1937, la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles celebró un simposio sobre la Mecánica de Suelos en Boston. Cuatro ponencias fueron presentadas, una de Terzaghi sobre las mediciones de los asentamientos de estructuras en Europa, a la que había regresado en 1928. Dos de los otros trabajos eran de representantes del Cuerpo de Ingenieros: El trabajo de Spencer Buchanan sobre "Los diques en el Valle Bajo del Mississippi" y el documento de Ben Hough sobre "Estabilidad de Fundaciones de Terraplenes". El artículo de Spencer era un debate a fondo sobre los taludes laterales, las fundaciones y el control de las filtraciones del sistema de diques del cual el Cuerpo de Ingenieros había sido durante mucho tiempo responsable. Señaló los beneficios de aplicar los principios del análisis de la estabilidad y de la Mecánica de Suelos en general. Característico del escepticismo con respecto al tema fue una discusión del Sr. A. Streiff, Vicepresidente de la Corporación de Ingeniería Ambursen, diseñadores y constructores de represas de contrafuerte. Unas cuantas citas de la discusión caracterizaron el sentir de los muchos ingenieros poco impresionados por los avances. "El método de cálculo estos taludes, descrito por el Sr. Buchanan, no parece ofrecer al escritor alguna mejor garantía para su estabilidad que aquella que se obtiene por los métodos antiguos. Desgraciadamente, los grandes avances en la Mecánica de Suelos están confinados al laboratorio. El escritor no está de acuerdo con el Sr. Buchanan y siente que, por el momento al menos, la aplicación de la Mecánica de Suelos no ha causado ningún progreso visible en: (1) El arte del diseño de fundaciones; y (2) los métodos para calcular la estabilidad del suelo. La primera siempre ha sido muy adecuada y métodos de cálculo son tan aproximados, como siempre lo han sido.

"El arte práctico de la construcción de movimientos de tierra ha sido totalmente exitoso desde la antigüedad." Entre las muchas presas construidas sobre fundaciones de suelo en los tiempos modernos se pueden mencionar la represa de Alcona, construida sobre una fundación de fina arena movediza de 100 pies de profundidad bajo presión artesiana, y con éxito mantiene una altura de cabeza de 40 ft desde 1923. Ninguna de estas obras necesitó el laboratorio de suelos moderno.

" … La Mecánica de Suelos, por lo menos hasta el presente, no ha enriquecido visiblemente la "caja de herramientas" del ingeniero practicante. Sin embargo, la investigación continuada sigue siendo de la mayor importancia, a pesar de la escasez de resultados prácticos ... ".

Represa de Alcona sobre el río Au Sable, Muchigan, EE.UU

Spencer respondió cortés y diplomáticamente,"El escritor no está de acuerdo con el Sr. Streiff en su declaración de "por el momento, al menos, la aplicación de Mecánica de Suelos no ha causado ningún progreso visible". El interés manifestado por la profesión de la ingeniería, tanto en Estados Unidos como en el extranjero, relacionada con fundaciones y la estabilidad estructural de los suelos, parece más que justificar la actitud general del escritor como se expresa en el documento básico".

Este era el estado de la Mecánica de Suelos en marzo de 1938 cuando llamé a la puerta de la oficina de Arthur Casagrande solicitando permiso para asistir a sus cursos de Mecánica de Suelos. Él tuvo la gentileza de ponerse de acuerdo, a pesar de que ciertamente tenía sus reservas acerca de la conveniencia de mi entrada a sus clases a mediados de un segundo semestre. Para mí, el momento fue una suerte, porque me dio la oportunidad de trabajar en el laboratorio de Casagrande, durante el verano, cuando había pocos otros estudiantes para ayudarle. En el otoño, llegó Terzaghi, después de dejar Viena sin la mayoría de sus posesiones, bajo presión de unirse a los esfuerzos de guerra Nazi. Su entrada en los Estados Unidos fue posible gracias a las garantías de Casagrande y de A.E. Cummings, por entonces Gerente del Distrito Chicago de la Compañía Raymond Concrete Pile; de que él que iba a ser un activo para el país. Harvard le dio una pequeña oficina donde se rumoreaba que estaba trabajando en un libro. Salvo por algunas conferencias, los estudiantes nos rara vez lo alcanzaron a ver.

Sabiendo que la ciudad de Chicago estaba a punto de embarcarse en la construcción de su primer subterráneo, Al Cummings organizó que Terzaghi diera una conferencia en esa ciudad. Él eligió hablar sobre el peligro de la construcción de subterráneos en arcillas blandas debajo de las grandes ciudades. Después de la conferencia se encontró con sus servicios solicitados por la Ciudad y por la Asociación de Propietarios (Property Owners Association). Como condición para su permanencia requirió el establecimiento de un laboratorio, llevando a cabo un programa de perforación y pruebas, y colocando este trabajo bajo la supervisión de un hombre que él seleccionaría. Cuando la Ciudad estuvo de acuerdo para cumplir con estas condiciones, Terzaghi repentinamente se dio cuenta de que no tenía esa persona en mente. Puesto que yo era un estudiante irregular que no tomaba los cursos de Casagrande como crédito (de grado universitario), fue mi buena fortuna ser seleccionado, y en una semana mi esposa y yo no establecimos en Chicago. Así comenzó una relación que se mantuvo activa durante toda la vida de Terzaghi. Algunas anécdotas ilustrarán cómo trabajaba y cómo trajo la Mecánica de Suelos hasta su madurez.

Construcción del metro de Chicago en 1939

Antes de irme a Chicago, Terzaghi me llamó a su oficina y de repente me preguntó qué pruebas proponía ejecutar en el laboratorio. De hecho, yo no había pensado en el tema y no tenía idea. Sugerí determinar los contenidos de humedad y los límites de Atterberg, y tal vez hacer algunas pruebas de consolidación. Terzaghi asintió con la cabeza y luego preguntó: "¿Qué pasa con los ensayos de compresión no confinada?" Yo estaba un poco sorprendido, porque estas pruebas no eran parte del programa de estudios de laboratorio en la Universidad de Harvard, y tenía la impresión de que se consideraban un poco pasados de moda. Probablemente parecí desconcertado, con lo cual Terzaghi comentó que en las arcillas blandas de Chicago, el asentamiento adyacente a los túneles podría ser el mayor problema, y que pensaba que habría una relación entre el asentamiento y la rigidez de la arcilla. La rigidez se reflejaría en la resistencia a la compresión no confinada. En efecto, puesto que los ensayos de compresión no confinada podrían llevarse a cabo muy rápidamente, la investigación rutinaria en el laboratorio de las miles de muestras de tubos Shelby tomadas para el proyecto se convirtió en la columna vertebral de la investigación. Pronto se hizo evidente que los asentamientos eran generalmente más grandes donde la arcilla era más blanda, y pronto vimos una aproximada relación cuantitativa entre la resistencia de la arcilla y el efecto de la construcción de túneles en las calles suprayacentes y en los edificios adyacentes.

Las primeras secciones del metro fueron construidas en las afueras de la región centro de la ciudad, y nuestras pruebas mostraron que la resistencia a la compresión de la zona centro de la ciudad era sustancialmente menor que aquella donde los primeros túneles fueron excavados. Parecía evidente que los movimientos, que eran importantes en algunas de las zonas periféricas, serían demasiado grandes para ser tolerados si se utilizaban las mismas técnicas de construcción de túneles, en el centro. En consecuencia, se decidió que, a diferencia de los métodos de excavación manual utilizados en las afuera del distrito de negocios, que se requeriría construcción de túneles con pantallas (shield tunnelling) en el centro de la ciudad. Esta fue una decisión importante; la construcción de túneles con pantalla no había sido utilizada previamente en Chicago. La decisión se basó, no en una teoría, sino en la experiencia en otros lugares y en la correlación general observada entre la resistencia y los efectos de los túneles.

Los asentamientos asociados con la construcción de los túneles fueron en un principio considerados como algo misterioso, sobre todo por los contratistas que firmemente insistieron en que sus operaciones subterráneas no podían ser la causa de ningún efectos en superficie. Tan pronto como nuestro laboratorio de suelos se organizó, Terzaghi sugirió que deberíamos tratar de medir los movimientos en el interior del túnel durante el avance del frente de trabajo y correlacionar esta información con los asentamientos en la superficie de la calle. En el siguiente viaje de Terzaghi le presentamos un diagrama que muestra los detalles de la operación de excavación por un período de 72 horas, los asentamientos de la superficie de la calle medidos a intervalos de cuatro horas en secciones de 20 pies de distancia en las inmediaciones del frente de excavación, y las mediciones del movimiento de la arcilla hacia dentro del túnel, tanto lateral como verticalmente, tan pronto como era expuesta por la excavación. Hincamos puntas de acero delante del frente de trabajo de tal manera que pudieramos medir su movimiento hacia adentro del túnel, hacia el túnel a medida que el frente avanzaba. También mantuvimos un registro detallado del avance de la excavación en cada una de las derivas en las que el frente fue dividido, así como del tiempo y el método de instalación del arriostramiento y el revestimiento. Terzaghi estuvo obviamente más que satisfecho con los resultados, aunque sugirió una serie de mejoras que podríamos hacer la próxima vez que se llevaran a cabo tales pruebas. Los resultados, crudos como estaban, mostraron que el volumen de la compresión hacia el interior del túnel y el volumen de asentamiento de la superficie de la calle eran aproximadamente iguales, y por lo tanto se establecía una conexión entre los métodos de excavación y los movimientos adyacentes. Al principio, los contratistas resistieron nuestra interferencia, pero en poco tiempo incluso comenzaron a hacer mediciones similares para su propia orientación. El valor de las observaciones se puso de manifiesto en la interfase entre los contratos S-5 y S-6, el primero y el último de los contratos del metro excavados a mano. Los asentamientos por encima del primer contrato en la mitad de la calle fueron del orden de 1 pie; aquellos por encima del último eran de menos de 3 pulgadas.

Excavación manual de los túneles del metro de Chicago

Muchas personas interesadas en la Mecánica de Suelos fueron a visitar a la construcción del metro, incluyendo a Spencer Buchanan. Mi diario para el Miércoles, 06 de marzo de 1940, dice: "Le mostré a Buchanan de los U.S. Army Engineers S6 y la sección de presión en la mañana, con Knapp mostrándole las pantallas D-1 y varios registros de asentamientos en la tarde". Las entradas para el viernes y el sábado, 8 y 9 de marzo dicen "Enfermo en casa con gripe". Esta es una ocasión que recordaré por mucho tiempo. Después de que mostré a Spencer la sección de prueba que habíamos instalado en el Contrato S-6, decidí que sería más rápido salir de los túneles a través de una esclusa de aire de emergencia en la superficie de la calle, cercana al fin del frente de trabajo del contrato, porque era una larga caminata de regreso hasta los cierres principales. El cierre de emergencia era un tanque de acero sobre la superficie del suelo, al que se accedía a través de un pozo con una escalera de mano en él.

Spencer y yo subimos la escalera y cerré la puerta de bloqueo, y procedí a reducir la presión de aire para que pudiéramos salir. Como ustedes saben, cuando la presión del aire se reduce en estas condiciones, la temperatura desciende, y se hizo muy frío en la cámara. Por otra parte, ese mismo día de principios de marzo, la temperatura exterior estaba muy por debajo del congelamiento. A medida que yo bajaba la presión del aire, Spencer comenzó a tener dolores en los oídos, así que procedí a elevar la presión un poco, bajándola un poco más, elevándola de nuevo, y poco a poco llegando a la presión atmosférica, todo el tiempo enfriándose cada vez más. Por fin salimos de la cámara, y deposité a Spencer en el centro con mi jefe, Ray Knapp, quién le iba a mostrar la pantalla del túnel. Los 45 minutos que nos llevó a salir de la esclusa, a partir de la cálida atmósfera húmeda del túnel, me dejó con un fuerte resfriado que se convirtió en la gripe - la única vez que recuerdo haber faltado al trabajo en el proyecto del metro. Algún tiempo después le pregunté a Spencer si había tenido algún problema entonces, y él dijo que no tuvo ningún efecto negativo alguno. Por esa razón, entre otras, la visita de Spencer se destacó en mi recuerdo. Debo confesar que nunca lo perdoné del todo por sus delicados oídos.

Durante el curso de la construcción del metro, Terzaghi escribió una serie de memorandos que contenían sugerencias para observaciones adicionales y para mejorar los procedimientos de construcción. Él hizo innumerables preguntas que podrían ser contestadas sólo por mediciones en el campo. En sus conversaciones con el equipo de laboratorio y con las fuerzas de diseño y construcción, hizo muchas sugerencias de mejora. A lo largo de este período, que duró casi dos años, no puedo recordarlo tomando un sólo cálculo teórico. Él sugirió y nosotros intentamos numerosas correlaciones entre las propiedades del suelo, la geometría, y los efectos de la construcción de túneles, y con la ayuda de las correlaciones empezamos a sentir que entendíamos la causa y el efecto; el entendimiento se produjo casi exclusivamente como resultado de observaciones detalladas y de mediciones.

Cerca del final del proyecto, cuando todos los datos se habían reunido, condensado en memorandos de trabajo, y descrito en correspondencia casi diaria con Terzaghi, éste se dispuso a estudiar toda la información. El resultado fue su trabajo sobre los túneles con placa de revestimiento del metro de Chicago, publicado en los Anales de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles. Mientras escribía el reporte, me bombardeó con preguntas sobre las lagunas en los datos que le había proporcionado, sobre las declaraciones en nuestras memorias, y sobre información que podría estar en nuestros archivos y que no había llegado a sus manos. Las preguntas indicaban que estaba dando vueltas en su mente a cada pieza de información que habíamos obtenido. El documento, que condensa la experiencia, también contenía por primera vez una teoría simple y directa para el cálculo de la estabilidad de túneles de placa de revestimiento en arcilla blanda, para determinar la cantidad de presión de aire necesaria para alcanzar la estabilidad, y por lo tanto para tomar la decisión de sí se requerirían pantallas de construcción de túneles para evitar los movimientos excesivos o la inestabilidad.

Presento este ejemplo como totalmente característico del enfoque de Terzaghi a medida que la Mecánica de Suelos comenzaba a madurar. La teoría vino después, no antes. Lo que contaba era información confiable y pertinente de campo con respecto a las propiedades y el comportamiento del suelo, el desarrollo de correlaciones entre las diferentes variables observadas, y la comprensión de los fenómenos básicos que intervenían. La teoría fue producto de los fenómenos observados, no el punto de partida.

Durante este mismo período, Terzaghi estaba escribiendo su primer libro importante en Inglés, "Mecánica de Suelos Teórica". Debido a que él emprendió este libro antes de escribir un tratado sobre la Mecánica de Suelos aplicada, algunos ingenieros tuvieron la impresión de que Terzaghi consideraba la teoría de mayor prioridad. Estos ingenieros no creyeron o no leyeron el prefacio del libro en el que Terzaghi escribió: "Para el autor, la Mecánica de Suelos teórica nunca fue un fin en sí misma. La mayor parte de sus esfuerzos se han dedicado al compendio de experiencias de campo y al desarrollo de la técnica de la aplicación de nuestro conocimiento de las propiedades físicas de los suelos a los problemas prácticos. Incluso sus investigaciones teóricas se han hecho exclusivamente con el fin de aclarar algunas cuestiones prácticas."

Peck y Terzaghi en el laboratorio de suelos

Al Cummings y yo, en Chicago, nos encontrábamos entre las varias personas a quienes Terzaghi pidió revisar su manuscrito tal como se desarrolló. Recuerdo en particular una sección en el capítulo titulado "Presión de Tierras Sobre Soportes Temporales en Excavaciones, Túneles y Pozos". Terzaghi había presentado una teoría detallada para el equilibrio de la arena contigua a las paredes de un pozo vertical situado encima de la tabla de agua, incluyendo la distribución de la presión contra los soportes del pozo. No existía ninguna teoría correspondiente para pozos en arcilla, así que Terzaghi se comprometió a desarrollar una. Fue bastante compleja, y Al y yo la objetamos sobre la base de que era algo especulativo. Terzaghi la refinó, pero mantuvo la misma. Entonces, un frío día de Año Nuevo en Chicago, Sidney Berman y yo tuvimos la oportunidad de hacer mediciones de las cargas en los anillos horizontales de soporte del revestimiento de un pozo profundo en la arcilla blanda de Chicago. Estas mediciones no iban de acuerdo con las predicciones de la teoría de Terzaghi. Cuando él vio los datos rápidamente sustituyó el complejo artículo en su manuscrito por un solo párrafo en letra pequeña que incluía la frase "Sin embargo, un estudio del problema partiendo de esta base demostró que los errores tienden a ser excesivos". Característico de Terzaghi, él descartaba la teoría, no con pesar sino con gusto, porque él se guiaba por los hechos. También característicamente, utilizó las observaciones para detectar las causas de las fallas en la teoría.

Como hemos visto, los primeros años de la adolescencia de la Mecánica de Suelos estuvieron marcados por el escepticismo abierto de profesionales como el Sr. Streiff en su discusión sobre el reporte de Spencer Buchanan acerca de los diques a lo largo del bajo Mississippi. Gradualmente, sin embargo, la evidencia remontó que, al menos en algunos de los antiguos problemas molestos de importancia considerable, la Mecánica de Suelos trabajó. Gran parte de la evidencia fue ensamblada por los investigadores que investigaron las fallas que ya se habían producido. Después de que una zapata apoyada sobre arcilla en Escocia experimentó una falla de capacidad portante bajo una carga conocida, Skempton demostró en 1942 al hacer perforaciones y ensayos de corte sin drenaje que la simple y clásica fórmula de capacidad portante para un material puramente cohesivo habría predicho la falla correctamente. Estudios similares de Nixon en 1949 llegaron a la misma conclusión sobre la falla de un tanque de almacenamiento de petróleo en Shellhaven, y por Frank Bryant y yo en 1953 respecto de la clásica falla por capacidad portante del elevador de granos Transcona que tuvo lugar en Winnipeg en 1913. Del mismo modo, los estudios de fallas no drenadas en taludes en arcilla blanda, tal como lo resume Skempton y Golder en la conferencia de Rotterdam en 1948, o el análisis de Ireland del corte de 1952 Congress Street, claramente demostraron la confiabilidad de los análisis. Mientras que algunos problemas, como los que surgen en las arcillas rígidas, inicialmente resultaron ser menos tratables, la utilidad práctica de la Mecánica de Suelos rara vez se cuestionaba a medida que la materia se acercaba a la etapa de madurez.

Terzaghi (centro) inspeccionando las obras del Túnel Deas Island (hoy Túnel George Massey)

MADUREZ

Durante el período 1942-1948, Terzaghi y yo nos comprometimos en escribir "Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería". La historia del desarrollo de este manuscrito se ha dicho en otro lugar. Haré hoy sólo unas pocas observaciones particularmente pertinentes a esta conferencia. Después de la terminación de la obra del metro de Chicago, Terzaghi y yo colaboramos en una serie de trabajos en los que, en esencia, era mi deber hacer un seguimiento personal de la obra, organizar las observaciones que se harían, recoger y compilar los datos y proporcionar memorandos periódicos de resumen para Terzaghi. Él revisaba la información, me interrogaba acerca de los detalles, visitaba los proyectos cuando lo consideraba necesario, y por lo general preparaba las recomendaciones finales. Nos pareció que este arreglo era muy satisfactorio, sin duda se trataba de una serie de oportunidades de oro para mí como joven ingeniero. Parecía que trabajábamos bien juntos, sobre esta base, y emprendimos la preparación de un libro sobre Mecánica de Suelos aplicadas en un plan algo similar. Él suministraría un manuscrito rústico que cubriera gran parte del texto, y yo iba a llenar los vacíos, perfeccionar la organización, y ver que el trabajo estuviera bueno en Inglés. A medida que iba recibiendo partes del texto, mi entusiasmo desbordaba. Era obvio para mí que el libro iba a establecer a la Mecánica de Suelos como un componente importante de la ingeniería civil. Cuando le devolví el manuscrito revisado para su aprobación, su reacción fue una sorpresa desagradable.

Terzaghi y Peck en 1959

Él escribió: "Empecé a trabajar en su texto, pero tengo que pasar mucho más tiempo en él de lo que pensaba. Lo que usted me ha enviado, no es un manuscrito maduro. Se trata de un borrador crudo …". Hizo hincapié en que yo tenía que gastar mucho más tiempo en el lenguaje, que según él no era tan bueno como mi correspondencia comercial ordinaria. Así que traté de nuevo. Los resultados no fueron mucho mejores. Nuestras frustraciones mutuas crecieron, pero con el tiempo se hizo evidente que la verdadera dificultad no estaba en el idioma sino en la falta de una razón fundamental consistente para el sujeto. El texto era una recopilación de información útil e interesante, pero le faltaba una filosofía, en particular con respecto a esos problemas día a día de la ingeniería geotécnica como fundaciones o diseño de muros de contención. Después de mucha evaluación dolorosa, más bien de repente vino a nuestras mentes que gran parte de la práctica de la ingeniería de fundaciones y de movimiento de tierras, en realidad tenía una base empírica muy satisfactoria, que a veces se remonta a varias generaciones, y que esta base empírica contenía una gran cantidad de conocimientos que el ingeniero puede y debe todavía utilizar. La Mecánica de Suelos podría señalar las circunstancias en las que el cuerpo de conocimiento empírico puede ser poco fiable y podría proporcionar los medios para hacer frente a problemas para los cuales las prácticas tradicionales sean inadecuadas. Nos dimos cuenta, por ejemplo, que los muros de contención estaban siendo diseñados por procedimientos esencialmente empíricos, aunque los cálculos parecían estar basados en las teorías de empujes de tierras, teorías que condujeron a los diseños que habían tenido éxito en el pasado. La función de la Mecánica de Suelos era indicar las circunstancias bajo las cuales los procedimientos empíricos eran válidos, y proporcionar medios para el diseño de muros bajo circunstancias que no fueran compatibles con las reglas empíricas. Consideraciones similares se aplicaron a las fundaciones en zapatas y, en algunos casos, en pilotes. Con el rol de la Mecánica de Suelos así aclarado y el manuscrito de nuevo revisado en consecuencia, Terzaghi en una feliz inspiración eligió para el título, "Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería", un título que refleja la madurez de la materia.

Terzaghi hizo de cada trabajo una experiencia de aprendizaje, una actitud que por desgracia no está tan extendida hoy en día como podría ser. Los momentos de mayor satisfacción para él eran aquellos en los que se sentaba a compilar uno de sus trabajos, para extraer de él lo que había aprendido, y observar si el comportamiento de campo revelaba algo en desacuerdo con las mejores predicciones que se podrían hacer. A menudo comentaba que aprendía poco de las experiencias que estaban de acuerdo con sus predicciones. Fueron las excepciones las que proporcionaron insumos para posteriores reflexiones e investigaciones, y las que avanzaron el conocimiento de la Mecánica de Suelos.

En los últimos años de su vida, Terzaghi se vio inmerso en el diseño y la construcción simultánea de la represa Mission, denominada posteriormente Represa Terzaghi, en British Columbia. Fue una de sus tareas más difíciles. Aunque confinado a su casa después de varias operaciones severas, él continuó trabajando vigorosamente en su evaluación final y completó, con su joven colaborador Yves Lacroix, su último documento técnico. Estoy seguro de que la necesidad que sentía de completar ese documento, el resumen de su tarea final y más difícil, prolongó su vida. No se habría atrevido a dejarla inconclusa.

Represa Terzaghi en British Columbia, Canadá

EPÍLOGO

Espero que esta charla haya dado una visión del hombre que tanto hizo para crear la profesión que le dio a Spencer Buchanan, a mí mismo, y a un sinnúmero de otros ingenieros una vida de trabajo desafiante y gratificante. Al final, guió a la profesión con el ejemplo. Su método de trabajo, de dejar que la naturaleza hable por sí misma a través de cuidadosas observaciones y mediciones, debería servir de guía para todos nosotros. Se trata de un enfoque vital y necesario, incluso en estos días en que nuestra capacidad de hacer cálculos excede en gran medida la que existía en el tiempo de Terzaghi. Estoy seguro de que a Terzaghi le habría gustado ser relevado de la monotonía de los cálculos, pero estoy igualmente seguro de que él hubiera seguido insistiendo en que la observación cuidadosa y la comprensión de los fenómenos físicos son el tribunal de última instancia.

Karl Terzaghi en 1959

Sobre la vida y obra de Ralph Brazelton Peck

Ralph B. Peck, profesor emérito de Ingeniería de Fundaciones de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign murió el lunes, 18 de febrero 2008 en Albuquerque, Nuevo México. Nació en Winnipeg el 23 de junio de 1912, hijo de Orwin K y Huyck Ethel Peck, cuando su padre había tomado un trabajo como ingeniero de puentes con el Grand Trunk Pacific Railroad en Canadá. Obtuvo su título de Ingeniero Civil en 1934 y de Doctorado en Ingeniería Civil en 1937, ambos del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy, Nueva York. Se casó con Marjorie E. Truby el 14 de junio de 1937.

Algunos hitos en la vida de Ralph B. Peck

Peck trabajó desde 1937 hasta 1938 como un detallista estructural para la American Bridge Company. En 1938-1939 asistió al curso de Mecánica de Suelos en la Universidad de Harvard y fue asistente de laboratorio para Arthur Casagrande. De 1939 a 1942 fue ingeniero asistente de la construcción del metro para la ciudad de Chicago, en representación de Karl Terzaghi quien fue asesor en el proyecto. Se unió a la Universidad de Illinois en 1942, y fue profesor de Ingeniería de Fundaciones desde 1948 hasta 1974.

Desde 1974, fue Profesor Emérito de la Universidad de Illinois, y un consultor en ingeniería geotécnica, con domicilio en Albuquerque, Nuevo México. Regularmente regresó a la Universidad de Illinois, dos veces al año para dar una serie de conferencias y continuar su estrecha asociación con los estudiantes y profesores miembros. En 1987 fue homenajeado por sus amigos y antiguos alumnos con un simposio en la Universidad de Illinois en Arte y Ciencia de la Ingeniería Geotécnica en los albores del siglo XXI. Durante la Conferencia ASCE Geo-Institute en 1999 en la Universidad de Illinois, fue honrado, y la primera medalla de ASCE Peck fue galardonada al profesor Don U. Deere.

Junto a Karl Terzaghi, Ralph Peck publicó en 1948 el libro de texto más influyente en la ingeniería geotécnica: Mecánica de Suelos en la Práctica de la Ingeniería . Una tercera edición de este libro, con otro co-autor adicional, Gholamreza Mesri, fue publicado en 1996. Con Walt Hanson y Tom Thornburn, Ralph Peck publicó en 1953 un libro de texto de los más utilizados Ingeniería de Fundaciones. Ralph Peck construyó un programa geotécnico de primer orden en la Universidad de Illinois, y tuvo éxito en el cumplimiento de la esperanza de Karl Terzaghi para Peck "... educar a una generación de ingenieros geotécnicos que conserven el sentido común y el sentido de la proporción."

Su vida y obra se han detallado en dos libros y una publicación del Instituto Geotécnico de Noruega. El Juicio en la Ingeniería Geotécnica - El legado profesional de Ralph B . Peck fue publicado en 1984 por John Dunnicliff y Don U. Deere. La Publicación NGI 207: Ralph B. Peck, Ingeniero, Educador, Un Hombre de Juicio fue editado por Elmo DiBiagio y Flaate Kaare por el nombramiento en 2000 de la Biblioteca Peck, contigua a la Biblioteca de Terzaghi en NGI. Ralph B. Peck, Educador e Ingeniero, La Esencia del Hombre publicado en 2006 por John Dunnicliff y Nancy Peck Young, es el más reciente y detallado. Estas publicaciones describen la vida de Ralph Peck, la educación, el trabajo, incluyendo artículos técnicos, los estudiantes, las oficinas profesionales, honores y premios, y más de 1000 proyectos de consultoría durante sus 50 años de carrera profesional. Muchos de los reconocimientos a Ralph B. Peck incluyen la Medalla Nacional de la Ciencia presentada en 1975 por el presidente Gerald Ford, "Por su desarrollo de la ciencia y el arte de la ingeniería subterránea, combinando las contribuciones de las ciencias de la geología y la mecánica de suelos con el arte práctico de diseño de fundaciones". 

Sobre Spencer J. Buchanan, Sr.

Spencer J. Buchanan, Sr. nació en 1904 en Yoakum, Texas. Se graduó de la Universidad A&M de Texas, con una licenciatura en Ingeniería Civil en 1926, y obtuvo títulos profesionales y de postgrado en el Instituto de Tecnología de Massachusetts y la Universidad A&M de Texas.

Tenía el grado de Brigadier General en la Reserva del Ejército de EE.UU. (retirado), y organizó la 420ª Brigada de Ingenieros en Bryan-College Station, que era la única unidad en el suroeste cuando se creó. Durante la Segunda Guerra Mundial, sirvió al Cuerpo de Ingenieros del Ejército de los EE.UU. como ingeniero de campos de aviación, en los EE.UU. y en todas las islas del teatro de combate del Pacífico. Posteriormente, se desempeñó como consultor de pavimento para la Fuerza Aérea de los EE.UU., y durante la Guerra de Corea, sirvió en esta materia en varios aeropuertos de avanzada en la zona de combate. Obtuvo numerosas condecoraciones militares, incluyendo la Estrella de Plata. Fue fundador y Director de la División de Mecánica de Suelos de la Estación Experimental de Drenajes del Ejército de EE.UU. en 1932, y también se desempeñó como Jefe de la Subdivisión de Mecánica de Suelos de la Comisión del Río Mississippi, ambos en Vicksburg, Mississippi.

El profesor Buchanan también fundó la División de Mecánica de Suelos del Departamento de Ingeniería Civil de la Universidad A&M de Texas en 1946. Mantuvo el título de Profesor Distinguido de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Fundaciones en ese departamento. Se retiró de ese cargo en 1969 y fue nombrado profesor emérito. En 1982, recibió el Premio de Honor de Ex Alumnos de la Facultad de Ingeniería de la Universidad A&M de Texas.

Fue el fundador y presidente de Spencer J. Buchanan & Associates, Inc., Ingenieros Consultores, y Soil Mechanics Incorporated en Bryan, Texas. Estas empresas participaron en numerosos proyectos internacionales importantes, incluyendo veinticinco aeródromos RAF-USAF en Inglaterra. También llevaron a cabo un contrato con la Fuerza Aérea para la evaluación de todos los aeropuertos del país para el Comando de Entrenamiento Aéreo de los EE.UU. Su empresa también realizó investigaciones base para los sistemas de autopistas en el centro de Milwaukee, Wisconsin, St. Paul, Minnesota, Lake Charles, Louisiana, Dayton, Ohio, y en carreteras interestatales a través de Louisiana. El señor Buchanan hizo trabajos de consultoría para la Corporación Exxon, Dow Chemical Company, Conoco, Monsanto y otros.

El profesor Buchanan estuvo activo en el Club Rotario Bryan, en las fraternidades Sigma Alpha Epsilon, Tau Beta Pi, Phi Kappa Phi, Chi Epsilon, se desempeñó como consejero de la facultad al Capítulo Estudiantil de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles, y fue Miembro de la Sociedad de Ingenieros Militares Americanos. En 1979 recibió el premio por Servicio Excepcional de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles.

Fue participante en cada Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de la Fundación desde 1936. Él sirvió como presidente general de la Conferencia Internacional de Investigaciones e Ingeniería en Suelos Arcillosos Expansivos en la Universidad A&M de Texas, que se celebraron en 1965 y 1969.

Campus de laUniversidad A&M de Texas

Spencer J. Buchanan, Sr., era considerado un líder mundial en Ingeniería Geotécnica, un distinguido profesor de la Universidad A&M de Texas, y uno de los fundadores del Club Bryan Boy's. Murió el 4 de febrero de 1982, a la edad de 78 años, en un hospital de Houston, después de una enfermedad que duró varios meses.