Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 15a Parte
Por: Santiago Osorio R.
Décimo Quinta Parte
Sobre el estudio de la historia de la ingeniería geotécnica hasta los albores del siglo XVIII (La Edad Moderna)
TOMO II
La investigación geotécnica en la época prehistoria
Desde la tercera parte de esta serie (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 3a Parte), se describe como las primeras edificaciones utilizadas por el ser humano prehistórico, que servían como vivienda, fueron construidas sobre la superficie del terreno; en algunos casos, introduciendo con mayor o menor longitud de penetración y en función de la tipología del suelo, ramas, restos vegetales e incluso elementos óseos procedentes de animales, como las cabañas realizadas con osamentas de mamut en Molodova I (Ucrania) (Figura 1). También, comenzó a excavar para crear un entorno habitable, generando viviendas de plantas semicirculares y con volúmenes de excavación de alrededor de los 70 u 80 cm de profundidad; actividades que le brindaron conocimientos primitivos necesarios sobre el comportamiento, a nivel físico y mecánico de los terrenos, lo que en la actualidad se denomina geotecnia (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 4a Parte).
Figura 1. Acumulación circular de huesos de Mamuts utilizados como alimento y recurso de construcción por los neandertales: Levantamiento en estudio zooarqueológico aplicado a la capa 4, Molodova I (Ucrania) Quaternary International
Los primeros estudios geotécnicos se produjeron con la construcción de pozos, para la búsqueda de materias primas como el sílex (minería neolítica) (Figura 2), actividades que proporcionaron importantes conocimientos sobre los comportamientos y las características de los suelos, así como los problemas que podían presentarse en las excavaciones, al tratarse de prospecciones profundas, con la posibilidad de derrumbes de las paredes, cuya estabilidad estaba determinada por los taludes naturales del terreno (Figura 3).
Figura 2. Reconstrucción de la minería de sílex durante el Neolítico, modelo en el museo arqueológico de Varsovia (Polonia)
Figura 3. Determinación de la altura máxima admisible para taludes libres (izquierda). Determinación de inclinaciones y pendientes de los taludes en función de la naturaleza y el contenido en agua del terreno (derecha)
Las técnicas de investigación geotécnica, adelantadas de modo muy intuitivo durante el extenso período de la prehistoria, fueron evolucionando muy lentamente, a medida que el ser humano primitivo, se adaptaba al entorno y a satisfacer sus necesidades, como se describe en la Tabla 1.
Tabla 1. Técnicas de investigación del terreno en la prehistoria
La investigación geotécnica en la antigüedad
Aunque los seres humanos predecesores no conocían la mecánica de suelos en el sentido actual, seguramente conocían el arte de utilizar la tierra como material de construcción. En la época prehistórica el hombre construyó túmulos de tierra para entierros, para protegerse de las inundaciones, con fines religiosos e incluso para construir cuevas para vivir. En la antigüedad y en la época romana se valoró el uso del suelo en la construcción de carreteras, canales y puentes. Las pirámides de Egipto, los famosos Jardines Colgantes construidos por el rey de Babilonia Nabucodonosor, el Muro de Babilonia, la Gran Muralla China y las carreteras y acueductos construidos por los romanos son algunas de las construcciones sobresalientes que deben haber requerido un gran conocimiento, habilidad e ingenio por parte de sus constructores. El código de Hammurabi (2.250 a.C.) y los escritos de Vitruvio (siglo I a.C.) fueron intentos pioneros de codificar las leyes de construcción.
Los suelos son el material de ingeniería natural complejo abundantemente disponible más antiguo y más barato que se utiliza como material de cimentación (soporte) y material de construcción desde hace siglos. Los antiguos egipcios, babilonios, chinos e indios construyeron muchos diques y jarillones (terraplenes) con tierra (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 10a Parte). Muchos templos antiguos y monumentos históricos se construyeron sobre cimientos que descansaban sobre tierra y/o roca.
Los primeros asentamientos se realizaron hacia el año 3.500 a.C., y pronto surgió la primera gran civilización, la Sumer, entre los ríos Tigris y Éufrates (actual Irak). Durante los siguientes 5.000 años se desarrollaron otras grandes culturas. No es casual que todas ellas se desarrollaran junto a grandes ríos (Tigris, Éufrates, Nilo, Indo, Amarillo, etc.) (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 13a Parte). Este emplazamiento interfluvial ofrecía enormes ventajas: además de suministrar agua de riego, los ríos servían para transportar materiales pesados de construcción, y como ruta comercial con otros pueblos. La población prosperaba y crecía. La abundancia de las cosechas proporcionaba el tiempo libre necesario para especializarse por oficios: alfareros, herreros, tejedores y constructores.
Las primeras actividades estuvieron relacionadas con el riego y el control de inundaciones, como lo demuestran los rastros de diques, presas y canales que se remontan al menos al año 2.000 a.C. que se encontraron en el antiguo Egipto, la antigua Mesopotamia y el Creciente Fértil, así como alrededor de los primeros asentamientos de Mohenjo Daro y Harappa en el valle del Indo (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 11a Parte). Las obras que quedan de Mesopotamia, Egipto, Grecia, Roma, entre otras, contienen manifestaciones geotécnicas bien concebidas. A menudo, fueron ejecutadas en condiciones difíciles de cimentación, sobre terrenos aluviales o deltaicos que exigieron la adopción de medidas especiales de cimentación.
A medida que las ciudades se expandieron, se erigieron estructuras soportadas sobre cimientos formales; los antiguos griegos construyeron en particular zapatas aisladas pad o isolated footing) y cimientos corridos (strip foundation) y en placa (raft foundation). Sin embargo, hasta el siglo XVIII, no se había desarrollado ninguna base teórica para el diseño de suelos y la disciplina era más un arte que una ciencia, basándose en la experiencia pasada (L'essai de 1773 sur la statique – 6a Parte).
La época anterior al Renacimiento (hacia el siglo XV), cubre un extenso período de tiempo, con profundos cambios que no permiten definir una línea homogénea en el proceso de aprendizaje, por lo que su análisis se diferencia en tres (3) etapas principales, que ya han sido descritas en la tercera parte de esta serie (Evolución de la Geotecnia de la Prehistoria a los Albores del Siglo XVIII - 3a Parte), los cuales son:
- Etapa primitiva o prehistórica: Abarca desde la aparición del Hombre sobre la Tierra hasta, aproximadamente, el 3.000 a.C.
- Etapa de las primeras grandes construcciones: Abarca desde el 3.000 a.C. hasta, aproximadamente, el 1.000 a.C.
- Etapa posterior: En Europa, se desarrolla desde, aproximadamente, el 1.000 a.C. hasta la llegada del Renacimiento (hacia el siglo XV).
La historia del estudio del suelo desde el punto de vista de la ingeniería y su uso en beneficio del Hombre, se puede dividir en cuatro (4) períodos principales (Tabla 2):
- Los hallazgos arqueológicos de viviendas de tierra, sitios de entierro, caminos, canales, puentes, fortificaciones y otras estructuras, marcan el primer período, prehistórico y antiguo, cuando el suelo se consideraba como un material estructural o como un medio de soporte para las estructuras. La atención prestada a los suelos entonces era muy superficial, ya que implicaba tratar con problemas de filtración, drenaje, estabilidad, distribución de esfuerzos, aparentemente también estabilización fisicoquímica de los suelos y otros problemas relacionados, que parecen bastante sofisticados. Sin embargo, todo esto se logró sin ningún conocimiento básico de los procesos que ocurren en el material.
- Fue esencialmente un método de prueba y error, aplicado con mucho sentido común, en el cual, solo los intentos exitosos son evidentes hoy día; la mayoría de los intentos fallidos han desaparecido naturalmente en el tiempo. Los maestros constructores primitivos invirtieron toda una vida en su artesanía, incluyendo sus primeros años de aprendizaje y años posteriores como maestros por derecho propio. Su habilidad radica en el empirismo y la larga experiencia. Disfrutaron de estatus, poder y riqueza siempre que lograron proporcionar a sus patrocinadores, los reyes y gobernantes de aquellos tiempos, un producto seguro y decente. Su fama viajó rápido y lejos, y sus comisiones de trabajo provinieron de gobernantes vecinos y lejanos. En consecuencia, viajaron por todo el mundo y transportaron su comercio de un lugar a otro. “El rey Salomón envió a buscar a Hiram y lo bajó de Tiro ... Y echó dos columnas de bronce, una columna de dieciocho codos de altura (9,41 m)” (Reyes I, 7.13; 7.15).
- Hay asomos de que no todas las técnicas “importadas” siempre fueron necesarias o aplicadas en el lugar correcto, pero debido a que proporcionaron resultados satisfactorios en un lugar, se suponía que también eran favorables en otros casos. Pesados castigos acechaban a los constructores cada vez que se violaba la seguridad pública. El tamaño y el volumen fueron el resultado del miedo al fracaso, que, combinado con la abundancia de mano de obra barata, resultó en muros pesados y estructuras monumentales.
- La caída del Imperio Romano, coincidiendo con muchos otros eventos históricos importantes, marcó el final del primer período. Los daños ocasionados por las invasiones bárbaras posteriores fueron tan grandes, que los restos de civilización y los indicios de edificios durante ese tiempo son escasos.
Los rastros de la práctica de la ingeniería geotécnica son abundantes en la historia y se remontan al menos al año 2.000 a.C. El rico patrimonio mundial refleja las empresas de civilizaciones expertas que ampliaron la infraestructura de sus ciudades y erigieron monumentos sin ningún procedimiento científico ni de diseño a la mano. Esta práctica basada en la experiencia se mantuvo durante siglos. Se puede describir este largo período como una Era Experimental que tuvo sus propios éxitos y desafortunados fracasos.
A lo largo de la historia antigua y medieval, la mayor parte del diseño arquitectónico y la construcción fueron realizados por artesanos, como albañiles y carpinteros, que ascendieron al papel de maestro de obras. El conocimiento se retuvo en los gremios y rara vez fue suplantado por avances. Las estructuras, las carreteras y la infraestructura que existían eran repetitivas y los aumentos de escala eran incrementales.
Tabla 2. Técnicas de investigación del terreno en la antigüedad y hasta el Renacimiento
Las civilizaciones primitivas utilizaron el suelo para construir estructuras de tierra y terraplenes para viviendas, culto religioso, entierros, canales, carreteras y fortificaciones. Los procedimientos simples de ensayo y error condujeron al progreso en el uso del suelo como material de construcción, y este conocimiento, inicialmente transmitido de generación en generación de boca en boca, luego se convirtió en parte del registro escrito. Uno de los primeros está en el Dschou-Li, un libro sobre las costumbres de la dinastía Dschou, escrito alrededor del año 3.000 a.C. en China. Contiene, entre otras cosas, instrucciones para la construcción de carreteras y puentes. Según AASHTO (1950), el camino más antiguo del mundo, “The Royal Road” a través del sudoeste de Asia y Asia Menor, fue utilizado por vagones con ruedas en aproximadamente 3.000 a.C. Uno de los registros técnicos más antiguos de construcción con suelos se encuentra en los Diez libros de Arquitectura recopilados durante el siglo I a.C. por el arquitecto romano Vitruvio.
La capacidad y necesidad del hombre de erigir edificios en diversos entornos, cambiando a menudo su condición topográfica original, ha estado siempre presente. Se registran trabajos de contención desde el período 3.200 a.C. al 2.800 a.C. en la región sur de Mesopotamia (actual Irak), donde se señalan muros de mampostería de arcilla para contención de rellenos (aterros). Las obras de mayor sofisticación, donde se aplicaban preceptos de la ingeniería moderna, sólo se registraron a partir de principios del siglo XVIII por manos de ingenieros franceses (La Ingeniería Militar en el Siglo XVIII - El Corps du génie).
Las grandes construcciones de la antigüedad: Esoterismo, religión y geotecnia
En el Neolítico, los seres humanos eran nómadas que habían adaptado su forma de vida al Sol, la estrella más cercana: Migraban a zonas más cálidas cuando comenzaba la temporada invernal, para poder seguir cultivando y criando ganado. Una de sus principales preocupaciones era comprender los ciclos solares y lunares, para poder predecir los cambios estacionales, y programar su permanencia en los sitios de pastoreo.
El culto al Sol se observa en las creencias religiosas de las primeras culturas urbanas y en aquellas que hoy lo mantienen. En estas sociedades, el Sol es venerado como un dios, y constituye el elemento central de sus creencias religiosas. La importancia de este sentimiento religioso se refleja en la importancia dada a las orientaciones de sus edificios, influenciadas astronómicamente. La necesidad que sentían de llevar un registro de las observaciones celestes los llevó a sistematizar este conocimiento y a utilizarlo en la creación y organización espacial de algunas de las ciudades y los monumentos más importantes del mundo antiguo.
En las primeras civilizaciones, y como consecuencia de estas influencias, la construcción de monumentos no fue fortuita ni aleatoria; había edificios cuyo diseño, además de tener connotaciones religiosas o militares, estaba influenciado por relaciones astronómicas que enfatizaban la naturaleza divina de las élites gobernantes. Los diseños y principios estructurales de tales construcciones generalmente no siguen patrones meramente casuales. En cambio, tienden a tener orientaciones precisas y se basan en relaciones geométricas precisas, asociadas con solsticios y equinoccios. Como resultado, las construcciones asumen la función de calendarios astronómicos, capaces de indicar con precisión los cambios estacionales.
Stonehenge (c. 1.800 a.C.), situado en la llanura de Salisbury, en el centro-sur de Inglaterra, es un impresionante monumento megalítico que sirve de ejemplo de tales intenciones, y evidencia los complejos conocimientos astronómicos de sus constructores. Su propósito y origen exactos aún no se comprenden completamente, pero generalmente se supone que fue un lugar sagrado utilizado con fines rituales, que representa el poder sublime de las fuerzas naturales. También era un observatorio astronómico preciso con el que se podía estudiar la alineación de los planetas y las estrellas y utilizarlo para predecir eventos celestes y/o estacionales como solsticios, equinoccios y fases lunares. Como tal, además de su significado religioso, también cumplía una función práctica: ayudaba a sus usuarios a anticipar los cambios estacionales y así mejorar la programación de las actividades agrícolas.
Investigaciones arqueológicas y astronómicas indican que el círculo formado por las enormes piedras grises, que fueron transportadas desde una cantera a más de 80 km de distancia, está alineado tanto con la posición del sol en el amanecer correspondiente al solsticio de verano como con una puesta de sol correspondiente al solsticio de invierno. Curiosamente, la alineación del círculo sur de Durrington Wall, que es otro henge ubicado a 3 km al noroeste, corresponde al amanecer del solsticio de invierno (Figura 1). Stonehenge se utilizó como calendario astronómico para predecir eclipses de Sol y Luna, y era un lugar para adorar a los doce dioses del zodíaco. Stonehenge es uno de las decenas de monumentos con alineamientos astronómicos identificados.
Figura 4: Stonehenge, c. 3.200 a.C.-1.600 a.C., muestra su alineación con la salida del sol en el solsticio de verano (izquierda). Alineación con la puesta del sol en el solsticio de invierno (derecha)
Influencias cosmológicas en las culturas mesopotámica y egipcia
Entre los ríos Tigris y Éufrates se encuentran los restos de la civilización mesopotámica, una sociedad agrícola avanzada con un sistema político bien estructurado, con comunidades urbanas estables en las que se producía y almacenaba grano, se desarrollaban actividades comerciales y se pensaba que los líderes y gobernadores tenían atributos divinos. En esta sociedad la observación de los astros y las orientaciones rituales formaban parte de la vida diaria. También se han encontrado referencias al culto al sol en otras civilizaciones relacionadas: Los sumerios y babilonios. Los primeros adoraban al dios Sol, Shamash, en el santuario de Sippar (Irak). Los sumerios fueron también los primeros astrónomos que poseyeron visión heliocéntrica.
En las civilizaciones persas primitivas, Mitra era el dios sol. Los romanos también aceptaron a este dios en su mitología, como una divinidad a la que le dieron el título de “dios del Sol Invicto”. En la India, una rueda o un plato de oro representaba el Sol. Al amanecer, el Sol era recibido con una danza silenciosa, que buscaba imitar el movimiento orbital del Sol. En los pueblos primitivos escandinavos se adoraba a un gran disco solar; esto se sabe por dibujos encontrados en rocas que datan de la Edad del Bronce.
En las ciudades sumerias de los valles del Tigris y del Éufrates, la estrecha relación que existía entre la divinidad y el monarca, se manifestaba a través de un intenso paisaje urbano dominado por torres escalonadas llamadas Zigurats. Estas construcciones constaban de una serie de plataformas largas y anchas superpuestas, sobre las cuales se levantaba un templo. Se consideraban moradas de los dioses y tenían una función astronómica: Observación estelar; además de su significado simbólico: Los sumerios los concebían como ejes cósmicos que proporcionaban una conexión vertical entre la Tierra y el cielo (Figura 5).
Figura 5. Centros ceremoniales: Chogha Zanbil, o Dur Untash, zigurat construido por el rey Untash-Napirisha, en el siglo XIII a.C.: (1) Un gran edificio cuadrado con lados de 100 metros de largo; (2) Cuatro estrellas monumentales que dan acceso al templo ubicado en la cima; (3) El muro perimetral del zigurat
El diseño solar pasivo (tipo de construcción que utiliza el propio edificio para utilizar la luz del sol como recurso natural) tuvo su origen en esta civilización, como consecuencia de estas complejas relaciones y de la aplicación del conocimiento astronómico en la vida diaria. La vivienda con patio ofrece un ejemplo de regulación de la radiación solar mediante la observación de la posición del Sol y un conocimiento preciso de su órbita elíptica desde el amanecer hasta el atardecer durante las diferentes estaciones. La vivienda con patio es un ejemplo de la aplicación de estas estrategias en una de las tipologías constructivas domésticas más antiguas; existen restos de esta tipología que datan de 3.000 a.C. Originalmente surgió como respuesta a la necesidad de encontrar un medio para proteger los asentamientos de peligros externos como ataques de otros humanos o de animales salvajes, pero posteriormente evolucionó hacia una configuración sólida y lógica que se adaptó bien a las zonas cálidas y áridas. Buenos ejemplos de estas edificaciones se encontraron en la antigua ciudad portuaria de Ur, asentamiento fundado en 2.560 a.C., período correspondiente a la hegemonía de la Baja Mesopotamia (Figura 6).
Figura 6. Plano de excavaciones en Ur (1.929-1.930)
El pensamiento egipcio estaba profundamente arraigado en su suelo. De hecho, la palabra “Kémet” (antiguo nombre de Egipto, significa “suelo oscuro” o “tierra negra” en el antiguo idioma copto, derivado del fértil limo negro que cubría la tierra después de la inundación anual del Nilo, a principios de junio. Todo giraba en torno al Nilo (llamado “Hapi” por Ramsés III), incluido el desarrollo de canales, diques y pilotes de madera hincados hacia 2.500 a.C.
Desde que las primeras dinastías gobernaron el Antiguo Egipto, el culto al Sol formó parte de su sistema de creencias y estuvo asociado con el poder político. Los faraones, o “hijos del sol”, eran los guardianes del poder celestial y Ra, el dios sol, era representado como el sol del mediodía en todo su esplendor. Este sol radiante era considerado la deidad egipcia más importante. De hecho, el faraón Amenhotep IV (1.365-1.348 a.C.), que tomó el nombre de Akenatón (1.353-1.336 a.C.), logró incluso establecer un culto monoteísta basado exclusivamente en el culto al sol (Figura 7). Fue en esta visión de la palabra que se basó la antigua civilización de los faraones. Las estrellas y constelaciones del Antiguo Egipto se mencionaban en sus escrituras sagradas y se reproducían en forma de relojes de sol en los techos astronómicos de algunas tumbas, como la de Senenmunt en Dendera.
Figura 7. El rey Akenatón (izq.) con su esposa, la reina Nefertiti (der.), y tres de sus hijas bajo los rayos del dios sol Atón, relieve del altar, mediados del siglo XIV a.C.; en State Museums en Berlín (izquierda). Calendario del Antiguo Egipto (derecha)
La aplicación práctica de este conocimiento cosmológico quedó plasmada en un calendario basado en un año solar que les permitió anticipar la llegada de las estaciones. Poder predecir inundaciones era de vital importancia, ya que se trataba de una civilización que dependía de la crecida estacional del río Nilo para fertilizar sus cultivos y garantizar sus cosechas. Esta necesidad de predecir los cambios estacionales, combinada con un alto nivel de conocimiento astronómico, explica por qué aparecieron estos calendarios solares. El primer calendario del Antiguo Egipto se basó en ciclos lunares. Los antiguos egipcios se dieron cuenta de que la estrella Sirius aparecía junto al sol durante los 365 días del año. Esto explica por qué dividieron su calendario en un año de 365 días.
En la civilización del Antiguo Egipto, el sol no sólo formaba parte de las creencias religiosas, sino que también tenía una influencia directa en la arquitectura. Los alineamientos astronómicos son relevantes en el trazado urbano de las ciudades del Antiguo Egipto y las orientaciones y diseños de sus monumentos más importantes y la regulación de la luz del sol determina la organización tipológica de sus viviendas.
La primera etapa de las grandes construcciones
Hacia el 3.000 a.C. se inicia una primera etapa de grandes construcciones que se prolonga, aproximadamente, hasta el 1.000 a.C. Casi todas ellas (megalitos en Europa, zigurats en Mesopotamia, pirámides en Egipto, centros ceremoniales en China e India) están concebidas para usos religiosos, tienen grandes dimensiones en planta y en altura, y están construidas con tierra, ladrillo o piedra, para garantizar su permanencia en el tiempo, representando nuevos desafíos de ingeniería y arquitectura relacionados con los suelos, sobre todo en lo relativo a sus cimentaciones. Torres, pirámides y zigurats, muros urbanos de grandes dimensiones, templos con columnas, obeliscos, pagodas y otras estructuras surgieron también, como tributo a la creciente capacidad del hombre para dominar la tierra.
Respecto de las edificaciones construidas en épocas anteriores, estas nuevas construcciones incrementaron de forma importante las sobrecargas transmitidas al terreno o material de apoyo, y en muchos casos, estas acciones son inclinadas. Al aumentar la incidencia de las edificaciones sobre el suelo o roca, se requirió considerar las características geotécnicas del terreno para la selección de los emplazamientos de esas construcciones.
Esta consideración geotécnica fue, principalmente, de tipo esotérico, debido al carácter religioso de la mayor parte de las construcciones y a la escasez de conocimientos geotécnicos. La investigación del terreno, previa a la selección de los emplazamientos de todas las edificaciones, se llevaba a cabo a través de un conjunto de actos y prácticas rituales que, al principio, tenían una escasa o nula relación con las propiedades geotécnicas del terreno, y originados en la divinización de todo lo relacionado con la Tierra en general y, más en particular, con las capas superficiales de su corteza: el terreno.
El ser humano siempre ha divinizado todo aquello que desconoce y que no puede dominar, de manera que, mediante los actos y prácticas rituales, intenta establecer alguna forma de diálogo con todos los fenómenos y entes que le atemorizan, dando lugar a dos (2) respuestas de carácter defensivo:
- La respuesta instintiva—intuitiva (la más primitiva): A cambio de no ser perjudicado, el Hombre hace ofrendas y sacrificios para granjearse la protección de todo aquello que le atemoriza. Se conocen emplazamientos desde, aproximadamente, 1.600 a.C. (en China) hasta la época Medieval (en el Tíbet y en Europa).
- La respuesta razonada (menos primitiva): El Hombre no solamente intenta contentar, sino también buscar alguna explicación a aquello que ni conoce ni domina.
Ejemplos característicos de la respuesta instintiva-intuitiva son los sacrificios de animales e incluso de seres humanos, con la finalidad de enterrarlos bajo los cimientos de determinados edificios o de mezclar su sangre con la argamasa de las fábricas de cimentación. Esta práctica se originó en la creencia en seres fantásticos dañinos (tales como dragones, serpientes, etc.), que habitaban en el subsuelo, y que era necesario apaciguar si se quería lograr la permanencia de las construcciones en el tiempo. Se desconoce si se buscaba una permanencia referente a la estabilidad o a la función del edificio. Las prácticas rituales en Mesopotamia y de Egipto, constituyen respuestas más evolucionadas, que guardan una estrecha relación con las propiedades geotécnicas del terreno, practicadas entre 3.000 a.C.-1.000 a.C.
El agua subterránea y las excavaciones durante la antigüedad
En Mesopotamia, bajo las grandes plataformas de tierra que sirvieron de base a los zigurats, se encontraron muchos pozos rellenos de materiales purificados (ladrillos cocidos y bloques de piedra sin tallar). La ubicación exclusiva de estos pozos bajo los edificios religiosos reduce las probabilidades de que el relleno de los mismos fuera hecho para un uso específicamente constructivo. Sin embargo, el funcionamiento de estos pozos, como drenes verticales incluidos en la masa interior de la plataforma de tierra, favoreció la compactación de sus materiales (Figura 8). Esta práctica esotérica parece apoyarse en bases objetivas.
Figura 8. Sistema de drenaje vertical constituido por tarros de cerámica, en la construcción de los zigurats
En Egipto, según una leyenda ancestral, el rey era ayudado por la diosa Seshat, deidad principal de la Arquitectura y del Cálculo, en la selección del emplazamiento de los nuevos edificios. El acto ritual consistía en clavar, con un mazo, una gran estaca en la tierra. Aunque con ribetes esotéricos, esta práctica ritual es razonada y hasta científica, porque representa la primera referencia conocida acerca del empleo intencionado en la edificación de una técnica para la investigación del terreno.
En esta etapa, además de incrementarse la actividad constructiva, también lo hizo la minería, lo que impulsó la investigación del terreno destinada a la localización de recursos mediante prospecciones profundas. Tales actividades mejoraron los conocimientos geotécnicos aprendidos que, a su vez, servían de base a los actos y prácticas rituales. La cultura egipcia brinda las primeras referencias conocidas sobre el empleo de procedimientos específicos para la excavación del terreno bajo el agua: el cajón de caliza y el “zarbiyyeh” o cajón minero (Figura 9). Los egipcios eran expertos en el arte de perforar pozos para la captación de aguas; probablemente fueron los primeros en utilizar sondas para la perforación del terreno, para captar las aguas subterráneas, una vez que habían localizado la capa freática mediante la excavación de un pozo. En Siria y en Egipto, la mayoría de los oasis debe su origen a la construcción de unos elementos que denominan “pozos perforados” (c. 2.000 a.C.).
Figura 9. "Zarbiyyeh" o cajón minero del antiguo Egipto
El uso de caissons (cajones) de madera y piedra, para la construcción de pozos en suelo blando, se conocía en Egipto en 2.000 a.C. El borde de corte estaba hecho de un bloque redondo de piedra caliza con un agujero vertical perforado en su centro. La superficie exterior del cajón se alisaba por razones de reducción de la resistencia al hundimiento provocada por la fricción.
A continuación, se presenta una descripción de la década de 1.860, del director de los establecimientos de Egipto, encargado de limpiar pozos en un oasis, y que constituye la primera referencia a la sonda de percusión como instrumento de perforación del terreno (un trépano de hierro, que penetraba en el terreno movido a mano o mediante una polea) (Figura 10):
“Los dos oasis de Tebas y de Gharb están agujereados de pozos artesianos; he limpiado varios; he tenido éxito, pero los gastos son grandes a consecuencia de las grandes cantidades de madera con las que hay que proteger todas las aberturas superiores, que son un cuadrado de 6 a 10 pies, para evitar los derrumbamientos. Estas aberturas tienen de 60 a 75 pies de profundidad; a esta profundidad se encuentra una roca caliza, bajo la cual hay una masa de agua o corriente que sería capaz de inundar los oasis si los antiguos egipcios no hubieran establecido válvulas de seguridad en piedra dura, con la forma de una pera, armada con un anillo de hierro, para tener la facilidad de hacerla entrar y retirar según la necesidad del “algue” de la fuente. El “algue”, así llamado por los árabes, es el agujero practicado en la roca caliza, que según la cantidad de agua que se quiere que suba tiene 4,5 y hasta 8 pulgadas de diámetro. Por mis estudios y la experiencia, pienso que los antiguos procedían así; comenzaban por establecer un pozo cuadrado hasta que encontraban la roca caliza bajo la que se encuentra esta inmensa cantidad de agua; una vez reconocida la roca, protegían las cuatro caras con planchas de triple forro para evitar los derrumbamientos de las tierras; terminado este trabajo que se hacía en seco, agujereaban la roca, bien con vástagos de hierro o con un hierro muy pesado atado a una polea. Todos los agujeros que están en la roca caliza tienen de 300 a 400 pies para llegar al curso de agua subterránea y están perforados muy perpendicularmente; al fondo se encuentra arena como la del Nilo. Un hecho material que me reafirma en mi opinión sobre el curso de agua subterránea, es que he limpiado una fuente a la profundidad de 325 pies que me da pescado para mi mesa”.
Figura 10. Sección esquemática del pozo neolítico de Napta Playa (6.000-5.250 a.C.) (izquierda superior). Pozo de Tundaba (izquierda inferior). Pozo de la casa O 49.20 en Amarna (derecha); en Egipto
La Biblia se refiere a varias fuentes que pudieron estar esparcidas por los desiertos de Siria y de Arabia: La de Ismael, la de Betsabé, la de la Injusticia, la del Juramento, etc. Polibio (historiador griego 200 a.C.-118 a.C., autor de la primera Historia Universal) cuenta que los persas, después de haber conquistado Asia, concedían tierras a los que hacían surgir fuentes y que, con esta medida, lograron reparar los desastres que siguieron a la conquista. Diodoro obispo de Tarso en el siglo IV d.C., señala que la fertilidad de un gran oasis, situado en el desierto de Egipto, se debía a los pozos que allí se habían cavado. En la mezquita de la Meca, bajo el edificio destinado a la oración, existió (o existe todavía) un pozo denominado “Zemzem”, en el cual, según la tradición, el ángel Gabriel hizo surgir una fuente para apagar la sed de Agar y de Ismael, errantes en el desierto. Al parecer, este pozo se rellenó y así permaneció durante 15 siglos, hasta que fue descubierto por el abuelo de Mahoma.
Diodoro de Sicilia (historiador griego del siglo I a.C.) recoge en su Bibliotheca historica la construcción en Babilonia de un pasaje subterráneo bajo el río Éufrates, un prodigio de la ingeniería que no se volvería a repetir hasta el siglo XIX. Describe Diodoro:
“Tras todos estos (trabajos) en una depresión de Babilonia, (la reina Semíramis) hizo excavar un lugar para un estanque, cuadrangular, de trescientos estadios de longitud por cada lado, revestido con ladrillos y cementado con azufre, con un total de cinco pies y medio de profundidad. De este modo, tras haber ordenado desviar el río, hizo construir un pasaje con la forma de una bóveda, desde un palacio al otro, cuyos arcos fueron construidos con ladrillos firmes y fuertes, recubriendo ambas caras con betún, con un espesor de cuatro codos. Los muros de esta bóveda tenían un espesor de una veintena de ladrillos y de doce pies de altura, por encima y a los lados de los arcos; y quince pies de ancho. Cuando esta parte del trabajo fue finalizada tras doscientos sesenta días, el río fue reorientado a su viejo cauce para que fluyera por encima de toda la obra, de modo que Semíramis pudiese ir de un palacio al otro sin tener que pasar por encima del río. Asimismo, ordenó construir dos puertas de bronce en los dos extremos de la bóveda, que permanecieron hasta tiempos del Imperio persa”.
Diodoro de Sicilia, Biblioteca historica II,1
El túnel habría tenido 929 m de longitud, 4,5 m de altura y 7,5 m de ancho, conectando por debajo del cauce del río el templo principal de Babilonia con el palacio real. Según Diodoro su construcción duró 260 días, y para ello se levantó una presa temporal que retuvo el agua hasta que la estructura estuvo lista. Para evitar que el líquido se filtrase, toda la mampostería interior se recubrió impermeabilizándola con betún o alquitrán (toda la zona es rica es petróleo, conocido ya desde la Antigüedad) (Figura 11).
Figura 11. Los jardines de Semiramis según la ‘Description de L'Universe’ (Descripción del Universo) de Alain Manesson Mallet (1683)
Los ingenieros en la antigüedad
Los primeros ingenieros fueron irrigadores, arquitectos e ingenieros militares. Por lo general, se esperaba que el mismo hombre fuera un experto en los tres tipos de trabajo. Este seguía siendo el caso miles de años después, en el Renacimiento, cuando Leonardo da Vinci, Miguel Ángel y Durero no solo eran ingenieros completos, sino también artistas destacados. La especialización dentro de la profesión de ingeniería se ha desarrollado sólo en los últimos dos o tres siglos.
Después del 4.000 a.C., cuando los seres humanos comenzaron a abandonar el estilo de vida nómada, surgió la necesidad de agua, refugio permanente, monumentos religiosos y lugares de enterramiento y fortificaciones. Las primeras civilizaciones de los valles fluviales, como las que rodean el Tigris y el Éufrates (Mesopotamia), el Nilo (Egipto), el Indo (India) y Hwang-ho (China), necesitaban sistemas de canales para irrigar las tierras circundantes para que los agricultores pudieran producir alimentos suficientes para apoyar a la población. Los reyes o gobernantes deseaban casas más grandes que chozas de piedra, arcilla o caña; y los sacerdotes querían hogares para los dioses al menos tan grandes. Para proteger la creciente riqueza de estos primeros asentamientos, fue necesario construir muros y fosos. Estos fueron los desafíos que ocuparon los primeros ingenieros.
Algunos escritos tempranos sobre piedra y ladrillo en Mesopotamia y Egipto han sobrevivido, pero otros relatos escritos de ingeniería antigua en esas áreas han perecido. Lo mismo puede decirse de la documentación de las antiguas hazañas de ingeniería de los persas, indios y chinos. Debido al número limitado de relatos escritos, se sabe relativamente más sobre la ingeniería griega y romana antigua. Alrededor del año 100 a.C., varios escritores griegos crearon listas de las siete hazañas de ingeniería más magníficas de las que tenían conocimiento. La lista incluye a:
- Gran Pirámide de Giza, Egipto
- Jardines Colgantes de Babilonia, Mesopotamia
- Estatua de Zeus en Olimpia, Grecia
- Templo de Artemisa en Éfeso, Turquía moderna
- Tumba del rey Mausolo de Caria en Halicarnaso, Grecia (sátrapa de Caria entre 377 a.C.- 353 a.C.)
- Coloso de Rodas, Mediterráneo
- Faro de Pharos en Alejandría, Egipto
De las antiguas maravillas incluidas en estas listas, solo las pirámides de Egipto (alrededor del 2.700-1.600 a.C.) sobreviven en una forma reconocible en la actualidad (Figura 12). Los escritores griegos sólo podían enumerar las maravillas de las que habían oído hablar, por lo que la Gran Muralla China, la presa de Ma'rib, que suministró agua a un valle en el suroeste de Arabia durante unos 1.000 años, las estupas budistas de Sri Lanka, las enormes estructuras abovedadas sobre reliquias religiosas y otras hazañas de la arquitectura y la ingeniería civil no figuran en las listas de los griegos.
Figura 12. Estampillas conmemorativas de las 7 maravillas del mundo antiguo
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