Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 3a Parte
Por: Santiago Osorio R.
Tercera Parte
Sobre el estudio de la historia de la ingeniería geotécnica hasta los albores del siglo XVIII (La Edad Moderna)
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La prehistoria
La evolución de la investigación geotécnica
Desde tiempos prehistóricos, y durante toda la evolución, la investigación o prospección y la determinación de las propiedades geotécnicas del terreno, han estado siempre involucradas, directa o indirectamente, en todas las actividades de construcción adelantadas por el ser humano, desde que inició su proceso de población del planeta, partiendo de su necesidad de contar con un refugio seguro (Figura 1). Por esto, la evolución de las edificaciones desarrolla un papel fundamental en el progreso de la investigación geotécnica, la determinación de las propiedades del terreno de cimentación y de las características de apoyo del material encontrado.
Para el presente estudio de la evolución de la investigación geotécnica a través de la historia de la humanidad, se toma como hito el período del Renacimiento, nombre dado por el historiador y artista Giorgio Vasari a un periodo de transición entre la Edad Media (período histórico de la civilización occidental comprendido entre los siglos V (caída del Imperio Romano de Occidente) y XV (descubrimiento de América) (463-1492), y los inicios de la Edad Moderna (entre la caída de Constantinopla en 1453 y la revolución francesa en 1789) reconocido por un amplio movimiento cultural que se produjo en Europa Occidental durante los siglos XV y XVI.
La época anterior al Renacimiento abarca un extenso período de tiempo que implica dividirlo en etapas, como las propuestas por la arquitecta Ana María García Gamallo en su trabajo de doctorado ‘La evolución de las cimentaciones en la historia de la arquitectura, desde la prehistoria hasta la primera revolución industrial’:
- La etapa prehistórica o primitiva, que se extiende desde la aparición del hombre sobre la Tierra hasta, aproximadamente, el 3.000 a.C. o el comienzo de la escritura cuneiforme sumeria y el registro de la historia humana.
- La etapa de las primeras grandes construcciones, o Edad Antigua, que abarca desde el 3.000 a.C. hasta aproximadamente, el 1.000 a.C.
- La etapa posterior a las primeras grandes construcciones, o Edad Antigua Clásica a Media, que se desarrolló en Europa desde el año 1.000 a.C. aproximadamente, hasta la llegada del Renacimiento (siglo XV).
Figura 1. Localización de los principales restos fósiles del antepasado del hombre. Fuente: https://mihistoriauniversal.com/prehistoria/primeros-hombres-tierra
En el lapso de tiempo transcurrido entre la llegada del Renacimiento en Europa y hasta el advenimiento de la Primera Revolución Industrial (c. 1800), la investigación geotécnica del terreno tampoco mantiene una línea de desarrollo continua y uniforme. La arquitectura militar y la construcción de los grandes puentes llevan a diferenciar dos grandes grupos: el de las que son anteriores al siglo XVIII y el de las posteriores a esta fecha. La máquina de vapor no es incorporada a los equipos de prospección geotécnica hasta bien entrado el siglo XIX, por lo que, hasta esa época, las técnicas de investigación del terreno no experimentan las grandes transformaciones que se advierten en otras actividades, como consecuencia de la Revolución Industrial.
La Primera Revolución Industrial es el proceso de transformación económica, social y tecnológica que se inició en la segunda mitad del siglo XVIII (1760) en Gran Bretaña, extendiéndose décadas después a gran parte de Europa occidental y América Anglosajona, y concluyó entre 1820 y 1840. Este periodo dio lugar al mayor conjunto de transformaciones económicas, tecnológicas y sociales de la historia de la humanidad desde el Neolítico, pasando de una economía rural basada fundamentalmente en la agricultura y el comercio a una economía de carácter urbano, industrializada y mecanizada.
En la Tabla 1 se describen algunos aspectos destacados en la evolución de la investigación geotécnica, encontrados en diferentes épocas históricas, basada en la división de las épocas antes descritas.
Tabla 1. Aspectos importantes en la evolución histórica de la investigación geotécnica
El homínido desde la prehistoria
El hombre apareció por primera vez en la tierra hace algunos millones de años y en la Prehistoria, el Paleolítico representa más del 98% de la duración de la existencia del hombre sobre la faz del planeta. Hace más de cinco millones de años, los simios ya habían aprendido a construir viviendas sobre pilotes. Es ampliamente conocida la historia del chimpancé, inventor del penetrómetro, que realizaba pruebas in situ en termiteros: sabía seleccionar su palo, recortarlo a la longitud adecuada, introducirlo a la fuerza en el pequeño orificio del montículo de termitas y luego sacar las termitas que se habían enganchado en el palo en defensa propia, y masticarlas una por una. De forma similar, existe un relato de los elefantes en la India utilizados para compactar pisando el núcleo de arcilla de una presa de tierra. De naturaleza desconfiada, los elefantes solo se desplazaban con mucha cautela sobre la zona a compactar habiendo realizado primero dos pruebas in situ, la primera utilizando su tronco como penetrómetro y la segunda arrodillándose en el borde de la zona de compactación.
Estos ejemplos y otros sugieren que la invención en los animales es de la misma naturaleza que la invención en los seres humanos, que no existe una brecha infranqueable entre los dos, y que el instinto animal incluye una apreciación de las diferentes resistencias de los distintos suelos. La evolución de los homínidos ha estado condicionada en parte por su relación con el suelo.
La icnología y la ayuda de la Mecánica de Suelos
La icnología es una disciplina que estudia las huellas o señales de actividad dejadas en los sedimentos o las rocas por organismos vivos, creada por el reverendo Henry Duncan en 1828.
Las distintas partes del cuerpo humano y su forma de ensamblarse no son casualidad, mantienen el equilibrio al transferir al suelo las fuerzas gravitatorias que actúan sobre el cuerpo, así como optimizar las fuerzas normales, tangenciales y los momentos que pueden desarrollarse en vuelo o en la persecución. La mano se ha desarrollado poco entre el mono y el hombre, en contraste con el desarrollo del pie; el pie humano, en su forma evolucionada, cumple el doble papel de portador y propulsor.
Mientras está de pie y en reposo, el hombre está talígrado (soportando el peso en el lado externo del pie), al caminar sobre suelo firme, ejerciendo la máxima presión de sobrecarga sobre el suelo de apoyo, o plantígrado con una forma triangular de apoyo que garantiza un buen equilibrio transversal y reduce la presión de apoyo aplicada en comparación con la condición rectilínea (Figura 2).
Figura 2. Las tres posturas erguidas del hombre.
La barra metatarsiana BC proporciona los medios para asegurar el equilibrio transversal, mientras que los esfuerzos que actúan sobre el arco del pie se transmiten al suelo en A y C sin una componente tangencial.
Cuando está en movimiento, el ser humano se vuelve digitígrado; el peso se transfiere a la parte delantera del pie y en suelos blandos los dedos se hunden hasta la articulación, particularmente en la raíz del dedo gordo, el hallux valgus. La fuerza tangencial aplicada al suelo que estaba dirigida hacia adelante en el momento del contacto, se invierte en el momento del despegue, dejando una fuerte huella en el suelo y una superficie de ruptura R en el caso de un fuerte empuje sobre un suelo débil (Figura 2).
Las huellas humanas más antiguas descubiertas hasta ahora fueron encontradas por la paleontóloga Mary Leakey en la llanura de Laetoli en Tanzania en 1978 (Figura 3), no lejos de un volcán; y datan de hace 3,7 millones de años. Se han conservado milagrosamente, pues el hombre caminó sobre una capa de ceniza volcánica que, debido a una lluvia reciente, poseía cierta cohesión, siendo estas huellas cubiertas poco después por una nueva capa de ceniza que luego se endureció. El contorno de la huella se parece al del hombre moderno. La huella del hallux valgus es muy marcada. El desarrollo evolutivo del pie ya había tenido lugar, lo que le dio al hombre la capacidad de actuar rápidamente cuando lo amenazaban los depredadores e indica que el homo erectus (primera especie humana que se conoce que caminó totalmente erguida) ya existía hace 3,7 millones de años.
Figura 3. Las huellas humanas más antiguas, descubiertas en la llanura de Laetoli en Tanzania.
La mecánica de suelos, a través de la icnología, es también relevante para la paleontología, no sólo en el estudio de las huellas de los homínidos, sino también de otros animales, como las huellas de dinosaurio encontradas en las rocas cretáceas de los Andes bolivianos o cerca del río Níger.
El Homo faber apreciaba la Geología y la Mecánica de Rocas
El Homo faber (fabricante de utensilios) desarrolló un conocimiento de la dureza de diferentes rocas y de los planos de debilidad que debería atacar al formar sus herramientas (Figura 4). Los implementos de piedra que se encuentran en grandes cantidades en las cuevas y en otros lugares no son simplemente una colección de diferentes formas para ser categorizadas: cada una fue moldeada para un propósito individual particular. Probablemente estaban incluidas herramientas para excavar la tierra, o tal vez para romper rocas débiles (precursor de la broca de roca). Así, el hombre había inventado las primeras herramientas, provenientes de la tierra, y las primeras técnicas para cavar la tierra.
Las rocas más utilizadas para formar herramientas fueron el cuarzo veteado, los cristales de roca, el pedernal o las areniscas duras. El método para dar forma a los implementos consistía en golpear una piedra contra otra en ángulo. La elección del tipo de piedra, así como las técnicas utilizadas para formar las herramientas son indicadores importantes del progreso del desarrollo del hombre.
Figura 4. Homo faber fabricando una herramienta (izquierda). Herramientas prehistóricas (derecha)
El Homo sapiens ya tenía una percepción de la estabilidad a largo plazo de las cuevas
Parece que el hombre de las cavernas (el hombre prehistórico), ya había ganado una intuición sobre la manera en que se desarrollan los esfuerzos en la masa rocosa sobre su cabeza, lo cual explica la serie de líneas paralelas en forma de arco que se encuentran inscritas en una grieta en la gruta de Font de Gaume, en la región de Dordoña al suroeste de Francia (Figura 5).
Figura 5. Gruta en Font de Gaume (Francia). Forma de bóveda de cañón que simboliza el efecto de contrafuerte.
Cerca de Pekín, a 40 km al suroeste, se encuentra la cueva de Zhoukoudian. Esta gran caverna, que alguna vez tuvo más de 140 m de largo, estuvo habitada durante un período de más de 200.000 años, desde el 460.000 hasta el 230.000 a.C., por el Homo Erectus Pekinensis (hombre de Pekín) (Figura 6).
La cueva está situada en una región de caliza kárstica. Los geólogos creen que la formación de la cavidad comenzó hace unos 5 millones de años. La técnica de la datación por carbono radiactivo permite rastrear la historia del uso de la cueva por parte del ser humano. El hombre de Pekín se instaló por primera vez en la cueva alrededor del 460.000 a.C. cuando la erosión del río que fluye a lo largo del lado este de la colina formó una abertura. Un gran desprendimiento de rocas en el este alrededor del año 300.000 a.C. obligó a los cavernícolas a refugiarse en la parte occidental a la que se accedía a través de una grieta en la piedra caliza.
Figura 6. Cueva de Zhoukoudian (Beijing, China)
Cuando fue abandonada, alrededor del año 230.000 a.C., la cueva se había llenado de escombros de pequeños desprendimientos de rocas o de los detritos resultantes de la ocupación humana. Es posible distinguir 10 capas diferentes en estos escombros en los que se han descubierto los restos de 40 individuos, hombres y mujeres de diversas edades, así como sus utensilios. Parece que durante este período los humanos evolucionaron muy poco en su adaptación al suelo, es decir, en la forma de los pies, mientras que el tamaño del cerebro aumentó constantemente de alrededor de 10,50 cm a alrededor de 11,50 cm. Las herramientas del período 460.000 a 420.000 a.C. son relativamente grandes y están formadas por arenisca comparativamente débil. En contraste, las del período 300.000 a 230.000 a.C. son más pequeñas y son de cuarzo, u ocasionalmente sílex. Su conocimiento del comportamiento de las rocas había mejorado mucho.
Así, el Hombre de Pekín vivía sobre un cementerio y bajo un techo propenso a los desprendimientos, lo que explica que en aquellas cuevas habitadas en una etapa posterior encontremos evidencias de mejoras internas. Así, si el techo estaba sujeto a inestabilidad, el hombre de las cavernas comenzó a erigir estructuras similares a las viviendas que había comenzado a construir al aire libre. Además, se sabe con certeza que los artistas que realizaron las pinturas en la cueva de Lascaux, en Francia (Figura 7), erigieron un andamiaje para que las marcas dejadas por los soportes aún sean visibles.
Figura 7. Arte rupestre en las cuevas de Lascaux (Francia)
Los refugios en la edad Paleolítica
Conocida también como la Edad de Piedra Antigua, el Paleolítico abarcó desde hace unos 2,59 millones de años (en África). hasta 10,000 a.C. y produjo los primeros logros en la creatividad humana. El Paleolítico duró hasta la retirada del hielo (c. 8.000 a.C.), cuando se adoptó la agricultura y el uso de metales.
Los seres humanos cazaban animales salvajes en busca de carne y recolectaban alimentos, leña y materiales para sus herramientas, ropa o refugios. A medida que avanzaba, las viviendas se volvieron más sofisticadas, más elaboradas y más parecidas a casas; y al final de la Era, el hombre comenzó a producir obras de arte como pinturas y joyería (arte rupestre), y comenzó a dedicarse a comportamientos religiosos como entierros y los rituales. Se eligieron lugares que podían ser defendidos contra depredadores y rivales, y que estaban protegidos de las inclemencias del tiempo, cerca de ríos, lagos y arroyos, tal vez con colinas bajas cercanas que podrían servir como refugios (nociones primitivas de geotecnia, hidrotecnia y geomorfología).
En Siberia hay un ejemplo de casas construidas con huesos de mamut donde los grandes colmillos sostenían el techo, mientras que los cráneos y los muslos formaban las paredes de la carpa. Varias familias pudieron vivir en su interior, donde tres pequeños hogares, poco más que anillos de piedras, mantuvieron a la gente cálida durante el invierno (Figura 8).
Figura 8. Vivienda construida hace unos 25.000 años utilizando huesos de mamut en Mezhyrich (Ucrania)
Las cuevas son el ejemplo más famoso de refugios paleolíticos; a menudo usaban las partes traseras de la cueva como basureros. En el Paleolítico Superior (última parte del Paleolítico), las cuevas dejaron de actuar como casas y probablemente se convirtieron en lugares para rituales religiosos (Figura 9).
Figura 9. Uso de una cueva como refugio en el Paleolítico
Hacia 380.000 a.C., los humanos estaban construyendo chozas temporales de madera, y había otros tipos de casas como cuevas o al aire libre con una mínima estructura formal de madera, paja y roca. En Terra Amata (Niza, sur de Francia), cazadores-recolectores construyeron un refugio largo y estrecho. El cimiento era un anillo de piedras, con una piedra de umbral plano para una puerta en cada extremo. Postes verticales en la mitad de la casa soportaban techos y paredes de palos y ramitas, probablemente cubiertos con una capa de paja. Un hogar afuera servía como cocina, mientras que un hogar más pequeño en el interior mantenía a los moradores calientes (Figura 10). Sus residentes podrían abandonar fácilmente ambas viviendas. Es por ello que no se consideran verdaderas casas, lo que fue un desarrollo del periodo Neolítico más que del Paleolítico.
Figura 10. Refugio paleolítico de Terra Amata en Niza, Francia
Las estructuras y viviendas en la edad Neolítica
El Neolítico es el último de los períodos de la Edad de Piedra (donde predominó el uso de herramientas de piedra), que abarcó entre el 6.000 a.C. y el 3.000 a.C. y en el que se produce la sedentarización del ser humano En este período apareció y se generalizó la agricultura y la ganadería (pastoreo), dando origen a las sociedades agrarias. Aparecieron también los primeros poblados y asentamientos sedentarios humanos permanentes, debido principalmente a un cambio climático de frío a un clima templado, hacia el año 8.000 a.C.
Se construyeron poblados de casas de adobe, aproximadamente rectangulares en medianería, sin calles y con entrada por la cubierta, que era plana. También cabañas circulares, semisubterráneas, de una sola cámara, con los muros y el suelo cubiertos de barro (Jyroquitya, Chipre). La innovación se difundió con extrema rapidez, y antes del 7.000 a.C. ya había al menos una aldea, Jericó (Palestina), con una superficie de unas 4 hectáreas, con una muralla de piedra y un foso excavado de unos 8 metros de ancho por 3 metros de fondo, y con, al menos, una gran torre circular de 9 m de altura, que se pensó servía como torre de vigilancia, con escalera para acceder al techo y a la parte alta de la muralla, pero que realmente resultó ser un muro contra inundaciones y un almacén de grano (Figura 11).
Figura 11. Reconstrucción del antiguo poblado en Jericó (Palestina)
Los densos agrupamientos de aldeas y pequeñas ciudades, confinados en principio a los márgenes de las corrientes de agua naturales, tuvieron que recurrir cada vez más al regadío artificial para regar sus campos de trigo y cebada. Hacia el 6.350 a.C. se levantaron templos monumentales de ladrillo de adobe en el centro de importantes ciudades como Eridu y Al Ubaid. Las primeras ciudades surgieron en la zona de Oriente Próximo en torno a los 7.000 años de antigüedad y asociadas a las primeras culturas neolíticas. La cercanía de los ríos Éufrates y Tigris permitió el cultivo de cereales y otras plantas que podían ser regadas por medio de las obras de canalización que realizaron los habitantes de estas primeras ciudades. Surgieron también los primeros edificios públicos que caracterizan a la ciudad, los palacios y los templos. Unos y otros funcionaron como grandes oficinas administrativas en las que se llevaba el control de la producción de alimentos y del comercio. La necesidad de administrar esta información llevó a la aparición de sencillas formas de anotación, contabilidad y escritura.
Las sociedades del Neolítico divinizaron las fuerzas de la naturaleza, especialmente a aquellos elementos que afectaban el desarrollo de la agricultura y la ganadería. El sol y la lluvia comenzaron a tener un lugar central en los ritos y las ceremonias religiosas.
Las diferentes poblaciones del Neolítico utilizaron bloques de piedra para levantar construcciones gigantes, a las que los arqueólogos denominan monumentos megalíticos o megalitos, construcciones eran utilizadas como espacios sagrados o santuarios y como cementerios. Existieron diferentes tipos de megalitos (Tabla 2 y Figura 12):
Tabla 2. Tipos de megalitos
Figura 12. Tipos de megalitos
Referencias
García. A.M. (1997). La evolución de las cimentaciones en la historia de la arquitectura, desde la prehistoria hasta la primera revolución industrial. Departamento de Estructuras de Edificación. E.T.S. Arquitectura.
González, M. y Guzmán, J. (2014). Primeros hombres en la Tierra. Historia Universal.
Kerisel, J. (1985). The history of geotechnical engineering up until 1700. Golden Jub. Book, XI Conf. ISSMFE, San Francisco, Balkema, Rotterdam, 1985.
Osorio S. (2020). La Ingeniería Geotécnica antes del Siglo XVIII. Blog Relatos de la Geotecnia.
Diseño: PatoMOP
2023
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