Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 9a Parte
Por: Santiago Osorio R.
Novena Parte
Sobre el estudio de la historia de la ingeniería geotécnica hasta los albores del siglo XVIII (La Edad Moderna)
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De la prehistoria a la etapa Antigua
Tipos de apoyo estructural primitivo superficial
Con base en la clasificación de los diferentes tipos de apoyo estructural superficial utilizados en la prehistoria, en la Tabla 2 de Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 4a Parte, se continúan describiendo los principales sistemas de apoyo estructural prehistóricos.
Terraza o plataforma - Solera de madera
Las plataformas tipo soleras construidas mediante troncos acostados horizontalmente sobre el terreno surgieron, hacia el 5.000 a.C. en Europa, para las primeras viviendas de zonas pantanosas (de turbera) o de orilla del agua, sobre los terrenos muy blandos y húmedos, en las zonas lacustres del río Danubio. Mediante la solera se aísla la estructura de la humedad y la baja temperatura y se refuerza el terreno sobre la que se apoya.
Se instalaba primero una capa horizontal de troncos espaciados directamente sobre el terreno y sobre esta, otra capa de troncos o una capa de revestimiento con tablas (por ejemplo, en Aichbühl, Riedschachen y Taubrien) (Figura 1) o con una capa de arcilla o de barro de unos 10-20 cm de espesor, a veces reforzada con cortezas de madera (por ejemplo, en Ehrenstein, Schüssenried, así como en Suiza e Italia Septentrional entre el Neolítico y el final de la Edad de Bronce). En la tabla 1 se muestra la durabilidad de algunas especies de madera.
Figura 1. Solera de troncos en las regiones lacustres del Danubio (c. 4.000 a.C.)
Tabla 1. Durabilidad de algunas especies de madera
La vida útil de estas edificaciones de unos 15-20 años requería reconstruir la solera con nuevas vigas de madera y barro, sobre la existente, cada 3-4 años, para controlar los importantes asentamientos de los suelos orgánicos.
Las soleras levantadas por encima del terreno evolucionaron hacia la construcción de plataformas mediante emparrillados colocados directamente sobre el terreno o construidos sobre pilotes hincados, dando origen a finales del Neolítico, a un nuevo sistema de apoyo con resistencia estructural: el emparrillado de troncos.
Terraza o plataforma - Emparrillado de troncos
En Aichbühl (c. 4.000 a.C.), el suelo de tablas que constituía la capa de recubrimiento de la edificación denominada como “casa 10”, apoyaba ya sobre un sistema mixto, formado por una capa de troncos acostados horizontalmente sobre el terreno y por unos pilotes cortos (de unos 2,0 m de longitud) cuya cabeza, en forma de horquilla, recibía las tablas (Figura 2).
Figura 2. Solera levantada sobre apoyos en Aichbül (c. 4.000 a.C.)
En la fase I de Le Weier (c. 3.000 a.C.) las soleras estaban construidas con tres capas:
- Una de troncos colocados horizontalmente sobre el terreno y según la dirección longitudinal de la edificación,
- Una de troncos colocados transversalmente y cruzados con respecto a los primeros formando un emparrillado y,
- Una de tablas que conformaba el piso.
En la fase II de este asentamiento, las paredes de las viviendas, construidas con troncos verticales, se apoyaban sobre el emparrillado de troncos horizontales (Figura 3).
Figura 3. Emparrillado de troncos en Le Weier - Fase II (c. 3.000 a.C.)
En la fase III los pisos fueron levantados sobre un sistema de vigas horizontales que atravesaban unos apoyos verticales sobre el terreno mediante pilotes (Figuras 3 y 4). Los largueros funcionaban como auténticas vigas para el apoyo de un forjado, levantado con respecto al terreno (a modo de palafito) y construido mediante una primera capa de troncos (viguetas) y una segunda capa de tablas (el pavimento propiamente dicho).
Figura 4. Solera levantada sobre apoyos en Le Weier – Fase III (c. 3.000 a 2.700 a.C.) (izquierda). Arriostramiento de pilotes en los palafitos de Le Weier – Fase III (c. 3.000 a 2.700 a.C.).
En las construcciones sobre el agua de Fiavé de la Edad de Bronce Media (c. 1.800 a.C.), unos pilotes, con entalladura simple en su cabeza, servían para apoyar los largueros encargados de sostener los forjados que, al igual que en Le Weier, constituían los pisos de las viviendas, levantados con respecto al terreno (Figura 5).
Figura 5. Casas palafíticas en Fiavé, Trentino (norte de Italia) (c. 1.800 a.C.)
Gracias a la disponibilidad de madera y la presencia de terrenos blandos pantanosos, en Alemania hacia fines de la Edad de Bronce (c. 1.000 a 800 a.C.), se utilizó el emparrillado de troncos colocado directamente como sistema de cimentación. En algunos sitios como Horn, en Nussbaumersee (Urschhausen, Thurgovie), los emparrillados, de rollizos de gran diámetro, estaban recubiertos con arcilla y, a veces también, con capas de cortezas de árboles; el piso en Risle, Seengen (Argovia), formado por una capa de troncos y otra de ramas, estaba levantado sobre una plataforma de piedras planas y cantos rodados.
Tipos de Apoyo Estructural Primitivo Profundo
En la Prehistoria, ya se tenían unos conocimientos bastante precisos acerca de los pilotes como sistema de cimentación, vinculados a unas intenciones mecánicas, derivadas directamente de las características geotécnicas del terreno.
El principal tipo de apoyo estructural profundo primitivo es el palafito, cuyas características se han anticipado antes, y se describen adelante; posteriormente, evolucionaría a los pilotes.
Tipos de apoyo estructural profundo - Palafito
Entre 4.000 a.C. y 3.000 a.C., apareció en Europa un modo de edificación y apoyo típico de suelos húmedos y pantanosos: la plataforma sobre pilotes o palafito; que también utilizaba el apoyo puntual sobre el terreno en el palafito, en donde el elemento vertical era más largo y penetraba en el terreno hasta una mayor profundidad, soportando el entrepiso de la edificación, que separaba la vivienda del terreno húmedo o del agua. Fueron implementadas también en otras regiones como Japón, México o Venezuela.
La supervivencia aparece como motivo del origen de los palafitos, así como aislamiento frente a la humedad y baja temperatura, disponibilidad de pesca, o ventaja defensiva por la dificultad de acceso.
A medida que el nivel de los lagos descendía y el hombre establecía el piso de sus chozas sobre los suelos pantanosos circundantes, pudo hincar postes o pilotes, para reforzar el terreno y adaptar la superficie, y después construir una plataforma de habitación sobre troncos de madera. Es posible que, en algunas regiones del sudeste asiático y en el Japón, los efectos sísmicos también jugaran un papel decisivo sobre el origen de sus palafitos.
La plataforma apoyada sobre pilotes fue evolución de las primitivas soleras de madera, debido a su gran ventaja de aislar la edificación de la humedad, de los pisos elevados respecto de la superficie del terreno, cuando ubicaron sus primitivas chozas en las orillas de los lagos.
La Figura 6, describe una evolución de las construcciones en palafitos o sobre pilotes hincados en Suiza:
a) Inicialmente eran sencillas cabañas ubicadas en zonas de turbera o de orilla del agua (c. 5000 a.C.).
b) Aparecen las primeras cabañas rectangulares apoyadas en postes (c. 4000 a.C.).
c) En Burgásch (c. 3000 a.C.), se desarrolla un piso estable apartado de la superficie del agua o del terreno, mediante pequeños pilares hincados o enterrados, de 1,0 a 3,0 m de longitud. las paredes de las edificaciones, construidas mediante tablas y troncos hincados, se sostenían de manera independiente.
d) Las edificaciones cuentan con piso entarimado técnicamente construidos (c. 2000 a.C.).
e) Posteriormente la técnica evolucionó a viviendas sobre el agua, utilizando pilotes largos elevados sobre basas para mejor aislamiento (de 5,0 m, 7,0 m, 9,0 m, y hasta de 13,0 m de longitud). las paredes de las edificaciones, construidas mediante tablas y troncos, apoyaban sobre las plataformas.
Figura 6. Evolución de los pisos de madera hacia la solución de palafito para aislamiento del terreno húmedo o del agua (izquierda). Relación entre la longitud de los pilotes y la distancia al agua (derecha)
En una pequeña isla situada a más de 200 m de la orilla más próxima, en “La Motte-aux-Magnins”, en la comunidad de Clairvaux-les-Lacs, departamento de Jura, Francia (c. 2.700 a.C.) (Figura 7), se encuentra uno de los primeros asentamientos en palafitos sobre el agua. En épocas de gran sequía, el terreno emergía solamente algunas semanas del año; la mayor parte del tiempo, la isla estaba cubierta por una capa de agua, cuya altura oscilaba entre 0,5 y 1,0 m y tenía una fuerte pendiente natural, con un desnivel del orden de 5,0 m, desde el centro hacia el lago, lo que obligó a levantar las plataformas sobre pilotes largos. El terreno de apoyo de las edificaciones era un sedimento cretáceo (gredoso) muy mojado y plástico, de poca firmeza, conformado por restos glaciares del Jurásico. Las viviendas sobre pilotes debían ser poco estables, ya que sus altos postes, las harían oscilar frente a la acción del viento, de las olas y de las tempestades y, por tanto, para reducir los movimientos, se utilizaron cuerdas para enlazar las vigas.
Figura 7. Localización general de las construcciones sobre plataformas arenosas o pilotes en el ambiente prealpino
En la turbera de Fiavé (Figura 8), en la zona de Trente y próxima al lago de Ledro (Italia), se encuentra un asentamiento ocupado continuamente entre 1.800 a.C. hasta 1.300 a.C., donde se construyeron algunas viviendas apoyadas sobre soleras de madera y, sobre todo, numerosos palafitos (hasta diez pilotes/m2). La mayoría de estos pilotes eran largos (de 7,0 y hasta de 9,0 m), de troncos muy rectilíneos resistentes al agua (en general, pinos alerces), y se prolongaban hacia arriba, sobre el nivel de la rasante del terreno, unos 2,0 m e incluso más. También había pilotes ensamblados, cuyas longitudes alcanzaban los 13,0 m. Todos ellos presentaban un tallado en la punta y entalladuras en la cabeza (Figura 8).
Figura 8. Poblado de la Edad del Bronce Medio III de Fiavè “Carera” (Trentino, Italia). Las casas se asientan sobre cimientos con postes cruzados, sobre los que descansan los tacos que cruzan los pilotes. Este dispositivo es una adaptación original del principio de cimentación sobre arena y resuelve correctamente el problema del hundimiento de casas sobre pilotes en terrenos inundados (izquierda). Tallados en la cabeza de los pilotes del yacimiento de Fiavé (c. 1.800 a 1.300 a.C.) (derecha)
El tallado en la punta facilitaba la penetración en el terreno, y probablemente, entre 1.800 a.C y 1.500 a.C., se complementó este apuntado con calentar al fuego la punta de los pilotes para endurecerla. En Fiavé, las entalladuras simples en las cabezas de los pilotes constituían los apoyos de una solera levantada, y las entalladuras complejas, con muescas y clavijas, serían algún modo de fijación de los largueros que mantenían en su sitio el armazón de la vivienda (paredes y cubierta).
Los pilotes no ensamblados y con entalladura simple sostenían la plataforma que constituía el suelo de la vivienda y se hacían penetrar en el terreno hasta que todas las muescas de sus cabezas estaban al mismo nivel. Entre 1.800 a.C. y 1.300 a.C., ya se construían pilotes ensamblados (Figura 9), aunque éstos no eran ejecutados, como en la actualidad, con la intención de aumentar la longitud total alcanzada por los pilotes dentro del terreno.
Figura 9. Pilotes ensamblados en el asentamiento de Fiavé (c. 1.800 a 1.300 a.C.).
Otra novedad descubierta en Fiavé es una solución de arriostramiento, que consistía en colocar, acostados sobre el terreno y a ambos lados de cada línea de pilotes, dos órdenes de troncos perpendiculares entre sí, sobre los cuales apoyaba un larguero que atravesaba los pilotes previamente agujereados (Figura 10).
Figura 10. Arriostramiento de los pilotes en Fiavé
En los lagos suizos (Fimon en Vicence), se utilizó una solución más simple, que consistía en rodear las cabezas de los pilotes con un montón de piedras. En otras zonas, como en la de Neuchátel, las cabezas de los pilotes aparecieron unidas mediante tablas muy anchas apoyadas sobre el terreno. Para ello, se tallaban espigas en las cabezas de los pilotes, se hacían muescas en las tablas con forma de caja y se acoplaban las uniones. Esta última solución ya había sido utilizada en los asentamientos del lago de Constanza (c. 3.500 a.C.) y del lago de Baldegg (c. 1.800 a.C. a 1.700 a.C.). Probablemente, en estos últimos asentamientos y, sobre todo, en el tan primitivo del lago Constanza, la intención de esta solución no era la de conseguir un arriostramiento de los pilotes, sino la de construir un suelo levantado con respecto al terreno, preocupación inicial de los constructores lacustres.
Tipos de apoyo estructural profundo - Pilotes
El origen de los pilotes está vinculado a las construcciones lacustres que, en Europa, surgieron entre el 5.000 a.C. y el 4.000 a.C., a lo largo del río Danubio y en las orillas de los lagos de Italia, Suiza, Francia, Escocia e Irlanda; cuando el nivel del agua en los lagos estaba cayendo y habría sido relativamente fácil empujar los postes de madera, sobre los cuales se apoyaba la plataforma de la casa, en los suelos sedimentarios blandos.
Estas edificaciones evolucionaron por unos 3000 años, a lo largo de la Edad de Bronce, hasta la Edad de Hierro. Ya sea sobre el agua o al borde del lago, el uso de pilotes era común: la idea de perforar un agujero en el suelo empujando hacia abajo un palo de punta afilada también fue utilizada por los incas con su palo de excavación, así como por el campesino árabe, tras el descubrimiento del hierro. La técnica constructiva fue empleada hasta el 1.300 a.C. y, durante ese largo período de tiempo, los pilotes fueron utilizados con una de las dos finalidades siguientes:
- Como soportes de suelos levantados con respecto al terreno.
- Como elementos estructurales que, simultáneamente, formaban el cerramiento exterior de las construcciones y sostenían su techo.
Los pilotes empleados en las construcciones lacustres primitivas casi siempre eran cortos (de 1,0 a 3,0 m de longitud), aunque también los había largos y hasta empalmados. Hacia el 2.700 a.C., aparecieron las primeras soluciones de atado, destinadas a cortar la luz libre de los pilotes que formaban las paredes de las edificaciones y a mantenerlos en posición.
El hombre del Neolítico pudo conocer dos efectos:
- Favorable: la compactación del terreno derivada de la hinca reiterada de pilotes muy próximos.
- Desfavorable: deterioro por pudrición de los pilotes como consecuencia de los cambios de humedad.
Hacia el 1.200 a.C., los fenicios utilizaron el pilotaje en las construcciones de ribera vinculadas a su comercio marítimo, para crear empalizadas en las dársenas de los puertos, una de las primeras aplicaciones del pilotaje aparte de las viviendas. Las primeras soluciones de empalizada son muy semejantes a las utilizadas para construir las paredes de los palafitos primitivos y las de los recintos que bordeaban perimetralmente los asentamientos lacustres.
Es posible que el desarrollo de las técnicas de contención del terreno impulsado por la minería tuviera mucha más influencia que la construcción naval. Las fortalezas megalíticas construidas fuera de la franja litoral fueron resueltas con estructuras de contención y emplearon tres soluciones distintas de empalizada:
- Una línea de postes hincados verticalmente uno al lado de otro, sin dejar espacios intermedios (como las paredes de los palafitos primitivos), detrás de la cual se amontonaba una sobreelevación de tierras aportadas. Así, se construyeron las empalizadas de Staple Howe y de Cissbury (Figura 11).
- Dos líneas afines de postes hincados verticalmente y tangentes entre sí, entre las cuales quedaba confinada la sobreelevación conseguida con los rellenos de tierras (Figura 12).
- Dos filas afines de postes hincados verticalmente, a intervalos más o menos regulares, definiendo, entre poste y poste, unos vanos que eran consolidados mediante tablas horizontales, con las que se formaba la entibación de un relleno de tierra confinada, en el cual han aparecido las huellas dejadas por la inserción de unos troncos horizontales, que servían de atado entre las dos líneas de la entibación. Este es un primer antecedente de la actual tierra armada (Figura 12).
Figura 11. Fortificaciones megalíticas de Worlebury, Cissbury y Tre'r Ceiri
Figura 12. Soluciones de empalizada en la fortificación de Wandlebury
Posiblemente, en la zona del Mediterráneo, los fenicios difundieron los conocimientos alcanzados en su época acerca de los pilotes en general y de las empalizadas en particular, exportando sus propias maderas para estos fines. Así, es probable que los griegos también conocieran el pilotaje. Los ingenieros griegos, al igual que los romanos, utilizaron pilotes en las construcciones de ribera ejecutadas en muchos lugares de la costa mediterránea, pero esas estructuras no han sobrevivido, por causa de la acción destructora de un xilófago, denominado “teredo navalis”. En Grecia, las construcciones sobre pilotes no debieron ser tan numerosas, debido a las excelentes características resistentes de la mayor parte de los terrenos locales.
Tipos de apoyo estructural profundo - Pozos
Los primeros pozos vinculados a las cimentaciones de edificios se construyeron en la zona del Mediterráneo Oriental, en las regiones de Mesopotamia y de Egipto. Los antecedentes de este sistema datan del período comprendido entre el 3.000 a.C. y el 2.000 a.C., si bien corresponden a pozos que todavía no pueden ser considerados como auténticos elementos de cimentación. Tal es el caso de los que han sido descubiertos como parte integrante de algunas de las estructuras de tierra que sirvieron de apoyo a los zigurats, cuya ejecución parece estar relacionada con algún tipo de práctica de carácter esotérico.
Los restos hallados de la cimentación de los jardines colgantes de Babilonia (c. 600 a.C.) no tienen fundamento esotérico. Las fases finales del sistema constructivo de cimentación iniciado mediante la excavación por pozos o vaciado total, fueron resueltas con pilastras y bóvedas de ladrillo, sobre las que se dispuso un relleno de tierras (Figura 13).
Figura 13. Cimentación de los jardines colgantes de Babilonia, 600 a.C.
Hacia el 2.000 a.C., se empleó en Egipto un cajón de caliza, para la cimentación de tumbas, destacado antecedente de las cimentaciones por pozos y, en particular, de las ejecutadas bajo el agua mediante un sistema tradicional y característico de los egipcios: el denominado “zarbiyyeh” o también “cajón minero”. Según Kérisel (1985), este sistema está descrito en la obra “Kitáb Allfádaii Wa'l-I'tibar”, de Abd Al Latif Al-Bagdadi (1204), con el siguiente texto:
“Se hace una excavación hasta encontrar el agua. Luego se coloca una rueda de madera de sicómoro sobre el suelo mojado, después de haberlo nivelado. El espesor de esta rueda es aproximadamente 2/3 de cubit (1 cubit = 0,52 m.) y su diámetro exterior 2 cubits...
Entonces, se construye sobre la rueda una fábrica de ladrillo bañada en cal hasta una altura doble de la de la talla de un hombre... parecido a la chimenea de un horno. Después, los obreros descienden al pozo: excavan, bombean el agua y retiran los restos de la excavación. Continúan excavando bajo la zona en todo el perímetro hasta que la rueda no puede soportar el peso de la fábrica y se hunde. Los obreros continúan excavando y los albañiles levantan la fábrica de ladrillo, con lo que ésta se va hundiendo así, cada vez más, hasta que encuentra un terreno firme. Cuando el primer pozo está terminado, se comienza otro a 4 cubits de distancia del primero. Se prosigue a lo largo de la cimentación y, cuando esto se ha terminado, se construye el zócalo después de haber rellenado todos los pozos”.
Kérisel también representa la ejecución de esta clase de pozos, muy parecidos a los que, hoy día, se denominan “pozos indios” (Figura 14).
Figura 14. Sistema tradicional egipcio de cimentación por pozos bajo el agua: El “Zarbiyyeh” o “cajón minero”. El espesor de la rueda acotado en la figura (0,28 m) no coincide con el señalado en la descripción de Abd Al Latif Al-Bagdadi, ya que 2/3 de cubit = 0.347 m.Los egipcios utilizaron los pozos como sistema de cimentación, ya que fueron expertos en el arte de perforar pozos para la captación de aguas subterráneas.
Es probable que los griegos conocieran esta clase de cimentaciones (cualquier zapata aislada de más de 3 m de lado puede considerarse como un pozo de cimentación), pero las excelentes características de sus terrenos locales debieron ser la causa de que, o bien no las utilizaran, o bien lo hicieran con tan escasa frecuencia.
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.
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.
Petrequin, P. (1983). Sablières basses et semelles de pieux dans l'architecture lacustre : l'exemple de Clairvaux-les-Lacs (Jura), Bulletin de la Société Préhistorique Française, 80 (10-12) : 361-374
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