Ciencia, tecnología y arte en tiempos de guerra

Paradojas

Desde la Antigüedad, los conflictos bélicos han arrastrado consigo una sombra de miseria y destrucción. Pero, en armónica unión con la capacidad de contradicción inherente al ser humano, la guerra también ha espoleado sin piedad la imaginación de algunas de las mentes más brillantes de la historia. Muchas de sus creaciones en tiempos de violencia y caos han sido hijas del inconformismo, y solamente en tiempos de paz, con la distancia que solo proporciona el paso de los años, hemos podido apreciarlas en toda su dimensión.

Aquí podemos incluir tanto los inventos materiales como las obras artísticas. Sin la guerra, nunca habrían existido la «Polonesa Militar, Op 40 nº1» de Chopin, la «Misa en tiempo de guerra» de Hayden o el «Cuarteto para el final de los tiempos», de Messiaen (compuesta por el autor en el campo de concentración de Stalag VIII-A, en Görlitz -en Polonia en la actualidad- durante la Segunda Guerra Mundial). Tampoco se habrían escrito obras de tanto lirismo y horror como «Sin destino«, de Kertesz o «Lluvia negra», de Ibuse, ni se hubiera pintado el «Guernica», de Picasso.

En el plano más funcional, la ingeniería industrial, civil y militar siempre se ha nutrido de los conflictos para dar lugar a nuevos inventos, o a mejorar exponencialmente creaciones ya existentes, llegando en ocasiones a cambiar el cauce por el que discurre la historia. Quizás, el ejemplo más elocuente sea el desarrollo de la bomba atómica en los años cuarenta del siglo pasado: nunca algo, en apariencia, tan insignificante como la división de un diminuto átomo había causado un cambio tan importante en la sociedad (además de cambiar el curso de la guerra en el Pacífico).

Como contrapartida, el proyecto Manhattan permitió conocer de forma íntima las reacciones a nivel atómico, lo que facilitó el desarrollo de las actuales centrales nucleares (aunque el debate sobre el delicado equilibrio entre los pros y contras de esta fuente de energía sigue siempre vivo, por lo que resulta complicado decidir si realmente ha supuesto un verdadero beneficio, en este caso).

Arte de la tierra, arte de la guerra

Desde tiempos remotos, la geotecnia ha sido un tema central en los conflictos bélicos. Con una visión alegórica, Homero recogió en sus poemas épicos algunos episodios de la mitología en los que los fallos geológico-geotécnicos eran la consecuencia de los beligerantes caprichos de los dioses. Así, en la «Odisea» describió la muerte de Aiante, quien se encontraba sentado en un acantilado cuando decidió contrariar a los dioses. Poseidón fragmentó en dos la roca en la que se encontraba con un golpe de su tridente, haciendo que pereciera tras precipitarse al mar. De forma más prosaica, Homero estaba describiendo un problema de deslizamiento (de un bloque rocoso, en este caso).

Zekkos et al. (2008) describen un pasaje de la Iliada en el que se resalta la importancia de las zanjas en los conflictos bélicos, como elementos de protección frente a una invasión enemiga. Así, Aquiles se lamenta en unos versos de no haber sido requerido por el rey Agamenón cuando construyó «un muro, abriendo a su pie ancho y profundo foso que defiende una empalizada; mas ni con esto puede contener el arrojo de Héctor, matador de hombres». Esta empalizada, seguramente realizada con pilotes de madera en la época, habría servido como sistema de contención ante un terreno inestable en un corte vertical.

Sin embargo, Apolo «holló con sus pies las orillas del foso profundo, echó la tierra dentro y formó un camino largo y tan ancho como la distancia que media entre el hombre que arroja una lanza para probar su fuerza y el sitio donde la misma cae». Es decir, se produjo un deslizamiento de las paredes de la zanja. Como razonan Zekkos et al. (2008), la anchura descrita implica un fallo por inestabilidad global, lo que induce a pensar que el sistema de contención no había resultado eficaz.

Muchos siglos después, saliendo de las brumas del mito, Europa sería un escenario muy real de la guerra de trincheras durante la Primera Guerra Mundial. Los geólogos e ingenieros geotécnicos tuvieron una labor muy intensa en esta contienda, tratando de que zanjas y túneles fueran lo más estables y seguros posibles para las tropas (Rose et al., 2019).

  
Sección geológica realizada por el ejército estadounidense del valle de Moselle en Francia durante la Primera Guerra Mundial, con recomendaciones sobre los mejores emplazamientos para realizar trincheras (Fuente: Brooks, 1920, en Rose et al., 2019)

El problema de la estabilidad de taludes fue siempre una preocupación militar, y dio origen al primer estudio racional del ámbito de la Mecánica de Suelos en el siglo XVIII. Su autor fue Charles Augustine Coulomb (1736-1806), que en 1773 presentó a la Academia de Ciencias francesa, a la que no pertenecía en aquel momento, su fundamental tratado «Essai sur une application des règles de Maximis et Minimis à quelques Problèmes de Statique, relatifs à l’Architecture». Sus inquietudes durante sus años como ingeniero militar le llevaron al estudio del problema del empuje de tierras, que plasmó en ese ensayo, considerado como el primer artículo sobre geotecnia de la historia. Además, su espíritu científico le llevaría a estudiar múltiples problemas físicos, incluyendo el análisis de los principios del electromagnetismo, de los mecanismos de rozamiento, la resistencia de materiales y el estudio estructural de los arcos (Golder, 1948).

Y, ¿qué ocurre con las cimentaciones? ¿Han sido también influidas por las guerras? Viajemos a la primera mitad del siglo XX para averiguarlo.

La reconstrucción de Europa tras la Segunda Guerra Mundial

Caos y destrucción

Con el desembarco de los aliados en Italia en el verano de 1943, el equilibrio de poderes en el Mediterráneo cambió drásticamente. Tras la retirada del ejército Alemán, la ciudad de Nápoles y su puerto, en el sur de Italia, presentaban un aspecto funesto. Así, el incipiente otoño despertó sobre una ciudad en ruinas, fruto de los fuertes bombardeos sufridos durante el conflicto.

Los ejércitos de ocupación así como el resto de Italia necesitaban asegurar el flujo de suministros y materiales de construcción. Por ello, la rehabilitación de las infraestructuras costeras y las vías de comunicaciones terrestres se convirtió en una gran prioridad (Bares, 2007).

A medida que fueron retirándose los escombros de la zona portuaria, comenzaron a reconstruirse las zonas de atraque existentes. Esto implicaba utilizar cimentaciones profundas que debían atravesar grandes bloques de mampostería u otros obstáculos, lo que impedía la ejecución de pilotes por hinca. Además, los perfiles de acero utilizados para la hinca resultaban bastante difíciles de conseguir en el complicado escenario de escasez de acero en la Europa de postguerra.

Fragmentando la oscuridad: una luz para ordenar el caos

Los esfuerzos de reconstrucción también se dirigirían hacia el patrimonio arquitectónico. De esta forma, comenzaría la ingente tarea de rehabilitación de diferentes estructuras y monumentos históricos que habían sufrido daños. Entre otras labores, se tenía la necesidad de realizar recalces de esas estructuras dañadas, aunque con bastantes limitaciones. Las operaciones de sostenimiento se debían realizar con las mínimas vibraciones posibles, atravesando terrenos con capas duras o bolos. Además, se debían evitar desplazamientos de terreno que pudieran dar lugar a levantamientos o subsidencias en superficie que afectaran a la propia estructura o a otras adyacentes.

En este complejo escenario, las soluciones convencionales resultaban poco idóneas. Sin embargo, la necesidad y la precariedad de medios, lejos de ser meros obstáculos en el camino de algunos inconformistas, se convirtieron en alimento para su inspiración. Como gran exponente de este paradigma, se puede dibujar una de las historias más interesantes de la ingeniería de cimentaciones. Así, entre los despojos de la guerra, surgió una mente cuyo brillo arrojaría una nueva luz entre tanta oscuridad: se trataba del Dr. Ing. Civil Fernando Lizzi (1914-2003).

   
Dr. Ing. Fernando Lizzi (Fuente: International Society for Micropiles)

La International Society for Micropiles descubre algunos de los hitos más significativos de los años de juventud de Lizzi. Su vida, como la de tantos millones de personas, fue radicalmente trastocada por la Segunda Guerra Mundial . El joven Lizzi, formado como militar desde los 18 años, fue enviado a Trípoli (Libia) al salir de la academia, en 1936. Tras ser herido durante una batalla en 1942, fue capturado por el ejército británico. Posteriomente fue enviado a un campo de prisioneros situado cerca de la actual frontera entre Afganistán y Pakistán. Lizzi, que siempre se reveló contra la adversidad con ingenio y tesón, se dedicó a estudiar ingeniería civil en sus años de prisionero.

De vuelta en Italia, tras abandonar la vida militar en 1946, obtuvo el grado de ingeniería en tan solo cuatro meses. Unos pocos años más tarde, en 1952, Lizzi, a la sazón director técnico de la compañía Fondedile, registró las primeras patentes para un nuevo sistema de recalce profundo. Su creación respondía con éxito a los requisitos geotécnicos y constructivos tan estrictos que había impuesto la guerra en Italia. Como se comprobaría a partir de las primeras experiencias prácticas, su nuevo sistema de apoyo haría que la responsabilidad resistente del terreno recayera sobre el mecanismo de fricción por fuste de la cimentación. Además, el diseño de sus equipos y técnicas de puesta en obra resolverían la problemática de atravesar cualquier tipo de terreno u obstáculo. De esta forma, donde los pilotes de hinca se revelaban como soluciones inadecuadas, la nueva tipología se mostraba como una poderosa alternativa .

Los denominó “pali radice” (lo que se puede traducir como “palos raíz”): se trataba de pilotes perforados de pequeño diámetro, reforzados ligeramente con acero e inyectados a baja presión (en origen no más de 600 kPa), con el objeto de asegurar una resistencia por fuste lo más elevada posible.

 
Fases de ejecución de un palo radice: (1) perforación; (2) perforación completada, con camisa recuperable; (3) introducción de armadura; (4) introducción del conglomerante mediante tubo tremie; (5) relleno completado; (6) extracción de la camisa, con inyección de aire en boca superior; (7) palo radice terminado (Lizzi, 1993)

Primeras experiencias: resistencia y deformabilidad

En estos nuevos elementos estructurales se llegaron a medir cargas resistentes a compresión superiores a los 400 kN en ensayos a escala real (Sabatini, 2005; Tanzani, 2004). En la siguiente figura se muestra la curva de carga hasta rotura del primer palo radice ensayado en la historia, ejecutado durante las obras de recalce de la escuela “Scuola Angiulli” en Nápoles en 1952:

Comportamiento del primer palo radice ensayado en 1952 (asiento en milímetros en ordenadas, carga vertical en toneladas, en abscisas). El punto A que se destaca en la curva se corresponde al instante de la rotura, bajo una carga de compresión de 46 t (Lizzi, 1993)

Utilizados con éxito inicialmente para atravesar los bloques y obstáculos en las obras del puerto de Nápoles, su uso fue extendido para el recalce de estructuras preexistentes: los pali radice evitaban movimientos impuestos sobre las estructuras recalzadas. Adicionalmente, al atravesar los zócalos de apoyo de las mismas y vincularse tras la inyección por fuste a los mismos, suponían una solución bastante monolítica. De esta forma, el sistema evitaba la necesidad de que se produjeran asientos y, con ello, distorsiones de importancia en la interfaz palo-terreno para que los nuevos elementos de apoyo activaran su contribución resistente.

   
Esquema de recalce de muro de mampostería mediante pali radice (Lizzi, 1993)

Facilidad constructiva y versatilidad: un elemento clave

En este punto es importante señalar que el éxito de este método recayó no solamente en su diseño teórico. Para su popularización resultó clave la creación por parte de Fondedile de equipos de perforación que pequeños y versátiles, pero suficientemente potentes, para la ejecución de estos pali radice.

   
Perforadora Fondedile M1 (Fuente: Bares, 2007)

Los fundamentos mecánicos de los micropilotes: habla su creador

En palabras de Fernando Lizzi, los recalces realizados mediante sus pali radice “parecen las raíces de un árbol, hundidas en el suelo y extendiéndose, en la estructura superior, como las fibras en el tronco”.

   
Recalce y refuerzos estructural de un monumento en Roma (Lizzi, 2000)

En el núcleo de su concepción de esta solución, varias décadas después de su gran creación, Lizzi realizó la siguiente reflexión sobre la forma en la que se debía de acometer el recalce de una estructura existente en la que se intuían posibilidades de ruina por colapso:

«La estructura existe y, aunque en condiciones críticas, está, hasta el último instante, en equilibrio. El factor de seguridad de la cimentación existente es probablemente muy bajo pero, en cualquier caso, no inferior a uno. Por ello, el recalce no debe despreciar o eliminar la presencia de la cimentación, sino constituir una salvaguarda adicional para la estabilidad de la construcción; incluso si se diseña, por cuestiones de seguridad, para toda la carga de la estructura. (Asegurar) asientos mínimos bajo cargas es esencial”.

Fernando Lizzi (2000)

Tiempos de expansión: años 50, 60 y 70

Micropilotes: divide y vencerás

Hacia 1958, las aplicaciones de estos micropilotes primigenios habían sufrido una importante ampliación: los pali radice en configuraciones reticuladas ya se utilizaban profusamente como sistemas de contención para taludes de excavaciones. También se empleaban para evitar deslizamientos de laderas o para disminuir subsidencias superficiales durante la ejecución de túneles bajo edificaciones. La suma del efecto individual de cada micropilote frente a esfuerzos de corte, flexión y compresión resultaba muy eficiente desde el punto de vista mecánico para múltiples aplicaciones.

Cruzando el Atlántico: dudas y una profecía (afortunadamente) no cumplida

Durante los años 60, Fondedile comenzó su expansión hacia otros países europeos, llegando a Estados Unidos en 1970. Como describe Bares (2007), la introducción de los pali radice en Estados Unidos causó bastante rechazo en el ámbito de la ingeniería civil. Las causas se pueden encontrar en el desconocimiento de la técnica y en la ausencia de normativas o tratados sobre la misma. La oposición al sistema culminaría con el comentario de un ingeniero de una consultoría neoyorkina, que profetizó, sin éxito, que “pilotes con esas dimensiones y su sistema de recalce no funcionarán jamás en este país”.

Hubo que esperar dos años para que se utilizará por primera vez un recalce mediante pali radice en Estados Unidos: se realizó un refuerzo de la cimentación de varias viviendas unifamiliares o pareadas y de un centro de ocio con problemas de movimientos por descongelación de suelos de apoyo de las estructuras. Se utilizó para ello una viga en cabeza de los pali radice conectada a su vez a las cimentaciones, desviándose del enfoque monolítico directo que había utilizado Fondedile en Europa.

El sistema se reveló más caro que en Italia, ya que la mano de obra era considerablemente más costosa en Estados Unidos. A esto se unían los problemas de comunicación (los ingenieros y operadores italianos no hablaban apenas inglés), la falta de armonización entre el sistema de unidades americano y el sistema métrico de las especificaciones italianas. Además, los ingenieros italianos encargados de los diseños desconocían las exigencias de las normativas norteamericanas. Estas circunstancias provocaron bastantes problemas de plazos en la consecución de proyectos.

Popularización

Durante el resto de la década de los años 70, el sistema de Fondedile fue progresivamente siendo cada vez más aceptado en América del Norte. Así, se desarrollarían proyectos de cada vez mayor relevancia en Canadá y Estados Unidos en los que esta tipología de apoyo sería un elemento clave.

En 1973 hay varios hitos que merece la pena reseñar por su importancia en la expansión del uso de este sistema en los años siguientes. Así, se puede destacar la primera pantalla de micropilotes secantes con anclajes en Glen Burnie (Maryland, EEUU).

Resulta de mayor interés reseñar el proyecto de excavación en trinchera de una línea de metro en Washington, D.C. (EEUU). En este caso, previamente a la ejecución de la excavación, se realizó la primera prueba de carga de un palo radice en América. El éxito de la misma facilitó que tanto el Código de Construcción de Washington como la normativa de la WMATA (la Autoridad de Tránsito del Área Metropolitana de Washington) incluyeran los pali radice entre sus especificaciones técnicas. Además, la monitorización de la excavación reveló asentamientos por cabeceo de muy pequeña magnitud en las pantallas construidas con esta nueva técnica. De esta forma, se pudo constatar experimentalmente que la afección de la excavación a edificios históricos en su zona de trasdós fue mínima.

Posteriormente, en 1978, al expirar las patentes de los nuevos sistemas y ante su éxito, varias empresas comienzan a desarrollar sus alternativas a los pali radice. Paulatinamente se irían introduciendo algunas novedades, como las camisas perdidas como refuerzo en algunos casos, la inyección por bombeo sustituyendo a la de aire comprimido o la sustitución de morteros por lechadas para mejorar las condiciones de inyección. Sin embargo, algunas administraciones siguieron durante un tiempo recomendando el uso de morteros, en la creencia de que las lechadas darían lugar a bajas resistencias finales. Esto restaba trabajabilidad durante la puesta en obra del conglomerante, haciendo inviable, en ocasiones, su aplicación.

Años 80 y 90: el reconocimiento

En estos años comienzan a aparecer nuevas denominaciones para los pali radice, terminando por imponerse el de micropilotes, que es el que ha llegado hasta nuestros días. Tras producirse el progresivo declive de Fondedile –que terminaría cerrando sus puertas en 1990 por falta de rentabilidad económica-, el nuevo mercado generó una demanda de diseños cada vez más competitivos, que se aceleró desde mediados de los 80 a principios de los 90, cuando la FHWA y otros organismos comenzaron a investigar más a fondo estas técnicas. Hoy en día existen multitud de normativas y recomendaciones sobre todos los aspectos de ejecución y diseño de micropilotes, con una amplia literatura sobre observaciones empíricas sobre el comportamiento de estos elementos que tanta aplicación tienen hoy en día.

Coda

A lo largo de nuestra historia, la ciencia siempre ha sido un bálsamo muy eficaz para cerrar las cicatrices que deja tras de sí una guerra.

Michihiko Hachiya (1903-1980) era médico y ejercía el puesto de director del Hospital de Comunicaciones de Hiroshima cuando, el 6 de agosto de 1945 el Enola Gay dejó caer sobre la ciudad una bomba atómica de 16 kilotones. Sobreviviendo a la explosión y al extraño mal de la radiación, desconocido por entonces, el Dr. Hachiya reflejó en su diario lo que sucedió en el hospital durante las semanas siguientes. En septiembre de ese mismo año, tras el final de la guerra, llegaron al hospital investigadores americanos, con el objeto de estudiar los efectos de la radiación en las personas.

Unos años después de terminar su diario, al describir a los investigadores enviados por su enemigo -el mismo enemigo que había reducido a cenizas y escombros las ciudades de Hiroshima y Nagasaki- el Dr. Hachiya escribe:

«Al recordar la bondad de esa gente no puedo concebir la venganza; todavía hoy, ahora, siento calor en el corazón al evocar los días pasados y la amistad compartida».

Michihiko Hachiya. Diario de Hiroshima de un médico japonés (6 de agosto – 30 de septiembre de 1945)

Hasta en los momentos más oscuros, siempre hay quien sabe imaginar una luz.

Nota:

Esta reseña histórica esta en parte extraída de la documentación del curso de «Diseño y ejecución de Micropilotes», que es impartido por el autor en el Campus Virtual de Ingeoexpert. Para más información sobre el mismo, se puede hacer clic en cualquiera de los dos enlaces anteriores.

Referencias

Bares, F.A., 2007. “Root piles” in the USA. FONDEDILE SPA and FONDEDILE CORP. A Chronicle.

Golder, H. Q., 1948. Coulomb and earth pressure. Geotechnique, 1(1), 66-71.

Lizzi, F., 1993. ‘Pali radice’ structures. In: S. Thorburn and G.S. Littlejohn (Editors), Underpinning and Retention. Springer US, Boston, MA, pp. 84-156.

Lizzi, F., 2000. Micropiles: Past; Present… and Future. Developments in Geotechnical Engineering. GEOTECH-YEAR 2000. Bangkok, Thailand.

Ortiz-Palacio, S. 2018. Curso de diseño y ejecución de micropilotes.

Rose, E. P., Ehlen, J., & Lawrence, U. L., 2019. Military use of geologists and geology: a historical overview and introduction. Geological Society, London, Special Publications, 473(1), 1-29.

Sabatini, P.J., Tanyu, B., Armour, T., Groneck, P. and Keeley, J., 2005. Micropile design and construction. US Department of Transportation, Federal Highway Administration, Washington, DC, Report No. FHWA-NHI-05-039.

Tanzani, M., 2004. Micropali e pali di piccolo diametro: aspetti progettuali e tecnologici. Dario Flaccovio Editore.

Zekkos, D., Athanasopoulos, G., Zekkos, A. A., & Manousakis, I., 2008. Elements of engineering geology and geotechnical engineering in the Homeric poems. In Science and Technology in Homeric Epics (pp. 233-242). Springer, Dordrecht.