Historia de la Geotecnia A partir del s. XVIII los problemas relacionados con las cimentaciones y otros aspectos geotécnicos son estudiados de una forma más metódica. Entre principios del S. XVIII y mediados del s. XX la !istoria de la Ingenier"a Geotécnica suele di#idirse en cuatro épocas$ %eriodo pre&clásico '()**& ())+, (- etapa de la ecánica de Suelos clásica '())+&(/0+, 1- etapa de la ecánica de Suelos clásica '(/0+&(2(*, ecánica de Suelos moderna '(2(*& a3os 45*647*, Historia de la Geotecnia (210 y después. Se le considera el 8padre9 de la %ublica en (210 Enuncia la En (275 publica el te:to En (27/ en colaboración con ;alp! <. %ec= publica >arl #on ? r@ag!i '(//5& (2+5, ecánica de Suelos ey de las ?ensiones Ef ecti#as Erdbaumec!ani= auf
IB?;CDFFIB El presente informe respecti#o a la Historia de la ecánica de ;ocas se refiere a los a#ances ue !a tenido está rama de la ciencia ingenieril en el proceso de con#ertirse en uno de los principales estudios reali@ados por nosotros los estudiantes de ingenier"a de minas dando a conocer el contenido de la cronolog"a en la !istoria apoyado especialmente con material bibliográfico as" como también de páginas electrónicas o Jebs. a mecánica de rocas es un estudio deri#ado de #arias ramas como son$ la geolog"a f"sica etc. Además estudia las propiedades mecánicas !idráulicas e ingenieriles de las rocas los estudios e in#estigaciones ue se reali@an son con el fin de determinar sus propiedades y dise3ar los mecanismos de apoyo o cimentaciones para estructuras tales como$ edificios puentes centrales !idroeléctricas muros de contención estabilidad de taludes tKneles carreteras etc. Antiguamente la mecánica de rocas estaba estrec!amente relacionada e incluida con la mecánica de suelos pero ya ue es de suma importancia para la ingenier"a fue considerado como un estudio aparte ya ue el comportamiento de un maci@o rocoso es muy distinto del comportamiento de un suelo. En un maci@o rocoso los esfuer@os actuantes se rigen por fenómenos muy compleLos y de muy dif"cil modeli@ación. Este informe es de gran importancia para nosotros los estudiantes de mecánica de rocas ya ue es parte fundamental del curso saber como !a ido e#olucionando el estudio de las rocas desde el punto de #ista geológico mecánico f"sico etc. %ara luego definir la mecánica de rocas desde el estudio de la geomecánica. Es además indispensable saber uienes !an aportado considerablemente en estudios emp"ricos y ya conceptuali@ados de la mecánica de rocas. HIS?C;IA DE A EFMBIFA DE ;CFAS a comprensión de la mecánica de
rocas como !oy es conocida se inició a comien@os del siglo XVIII cuando la f"sica y las matemáticas !ab"an alcan@ado un importante desarrollo y permit"an conceptuali@ar modelos f"sicos. %ero para nuestros antecesores nunca fue un obstáculo desconocer los principios f"sicos básicos ue rigen el comportamiento del suelo y de los materiales geológicos. n importante eLemplo de ello es la construcción de tKneles ue !ab"a alcan@ado un desarrollo muy notable antes de ue se acu3aran incluso los términos de mecánica de rocas o de ue se celebraran formalmente los primeros congresos internacionales sobre estas teor"as emergentes. a construcción de monumentales obras reuiere algo de ingenio audacia e ingenuidad. ASCEC DE HAIFA;BASC FCBS?;IDC %C; %N?HECS 'G;EFIA, En el siglo XVIII ocurrió en Europa una gran erupción del desarrollo cient"fico. En Orancia e Inglaterra el estudio del suelo era fundamentalmente agr"cola y u"mico mientras en Alemania y sobre las bases proporcionadas por la Geolog"a aparece una escuela para estudiar definir e in#entariar los suelos. PCHB SEA?CB '()17&()21, na teor"a sobre la génesis del suelo de la época indicaba ue$ 8os suelos se originan por alteración 8in situ9 de las rocas o por depósito de materiales alterados después del transporte 9 los integrantes de esta escuela consideran ue el suelo es el !ori@onte superior de las rocas dando a la palabra !ori@onte el significado de capa. >A; ?E;QAGHI '(//5&(2+5, %AD;E DE A EFMBIFA DE SECS a ingenier"a geotécnica moderna fue desarrollada en la segunda mitad del siglo XX construida a partir de la obra de >arl ?er@ag!i uien e:puso la filosof"a de la ecánica de Suelos en (210. a mecánica geotécnica clásica comen@ó en ())5 con la introducción de la mecánica a los problemas del suelo por F!arles de Foulomb.
tili@ando las leyes de la fricción y la co!esión para determinar la #erdadera superficie de desli@amiento detrás de un muro de contención 'introduLo los conceptos de resistencia friccionante y co!esi#a de los cuerpos sólidos ue asumió aplicables a cuerpos granulares incluidos au" los suelos, Foulomb inad#ertidamente definió un criterio de falla para el suelo. Fombinando la teor"a de Foulomb con la de F!ristian Ctto o!r 'teor"a de ruptura y c"rculo de esfuer@os (/)(, de un estado de esfuer@os en 1D se desarrolló la teor"a de o!r&Foulomb una construcción gráfica muy Ktil toda#"a utili@ada !oy en d"a para determinar la resistencia al corte de los suelos y rocas. FHA;ES AGS?IBE FCC< '()5+&(/*+, El estudio del maneLo de las rocas por parte del !ombre 'conocido como mecánica de rocas por ue dio lugar al desarrollo de instrumentos y técnicas para su práctica, es más antiguo ue la ci#ili@ación misma. Hace más de (**** a3os muc!o antes de la in#ención de la escritura o el uso de !erramientas de metal el uso de la agricultura y la construcción de grandes sistemas de irrigación puso a nuestros antepasados pre!istóricos en contacto 'y a #eces en conflicto, con las compleLidades del comportamiento de la ingenier"a de rocas y suelos por primera #e@. El conocimiento y comprensión del comportamiento y las propiedades del suelo y las rocas se con#irtió y sigue siendo una cuestión de necesidad práctica para su permanencia en la fa@ del planeta. Hacia el a3o 7*** A.F. las antiguas ci#ili@aciones florecieron a lo largo de las orillas de imponentes r"os como el Bilo 'Egipto, el ?igris y el Rufrates 'esopotamia, el Huang Ho ';"o Amarillo en F!ina, y el Indo 'India,. En estos pueblos se contó con escritura y gobierno y con el tiempo se desarrollar"a la ciencia. Se tiene conocimiento de diues ue datan de alrededor del 1*** A.F. ue fueron construidos en
la cuenca del r"o Indo para proteger la ciudad de o!enLo& Daro y Harappa 'en lo ue se con#irtió en %a=istán después de (27),. enfis capital del Bomo I del
anofer 'padre del ingeniero y aruitecto Im!otep, construyó el muro perimetral. EBOIS Entre los a3os 1*** a 5*** A.F. la construcción de monumentos en Egipto esopotamia India y F!ina representaron nue#os desaf"os de ingenier"a y aruitectura relacionados con los suelos y rocas sobre todo en lo relati#o a sus cimentaciones. ?orres pirámides y @igurats muros urbanos de grandes dimensiones templos con columnas obeliscos pagodas y otras estructuras surgieron como tributo a la creciente capacidad del !ombre para dominar la tierra. Estas culturas también conoc"an acerca de la construcción de presas y diues en las planicies de inundación. En los siglos #enideros !acia el comien@o de la era cristiana el dominio Griego y ;omano de puentes carreteras pa#imentadas acueductos sistemas de alcantarillado y drenaLe muros de contención presas de tierra y otras estructuras !ab"an familiari@ado a los ingenieros antiguos al menos en un sentido general con casi todos los aspectos de la ingenier"a geotécnica y geomecánica. Hasta los comien@os rudimentarios de la ingenier"a s"smica datan de la antigua
Grecia y la F!ina Sung. SISG;AOC FHIBC IBVEB?ADC %C; QHABG HEBG 'DIBAS?A HAB. (51 D.F., as primeras comunidades entendieron claramente ciertas relaciones matemáticas como algo fundamental para la construcción pero parece ue basaron su práctica real de la ingenier"a estrictamente en la obser#ación y los antecedentes. os egipcios por eLemplo construyeron la gran pirámide de >eops sin conocer el nKmero T mientras ue los griegos 'entre otros, atribuyen poderes sobrenaturales a las piedras el suelo y la materia inorgánica una superstición comKnmente lle#ada a cabo !asta la Ilustración del siglo XVIII. Alrededor del a3o 5** A.F. ?eofrasto en su tratado UCn StonesU presentó un método para determinar la dure@a relati#a de minerales comunes el cual fue presentado siglos después en el a3o (/(1 por Oriedric! o!s para determinar la dure@a in&situ de minerales desconocidos y encontrados en las e:ca#aciones aunue se !an desarrollado métodos muc!o más precisos. a escala de dure@a de o!s fue muy importante para decidir ue tipo de instrumento de corte o e:ca#ación utili@ar en los proyectos mineros y fue desarrollada considerando minerales altamente disponibles a comien@os del siglo XIX. ?EC%H;AS?S En su tratado UCn StonesU en la ue ?eofrasto clasifica las rocas en función de su comportamiento cuando se calientan agrupando minerales por propiedades comunes como el ámbar y la magnetita ue tienen el poder de atracción. ?ambién comenta sobre el efecto del calor en los minerales y sus diferentes dure@as. Describe diferentes mármoles menciona el carbón ue segKn él se utili@a para calentar el metal para trabaLarlo describe los di#ersos minerales metálicos y sab"a ue la piedra póme@ ten"a un origen #olcánico. ?ambién se ocupa de piedras preciosas esmeraldas y amatistas óni:
Laspe etc. y describe una #ariedad de UQafiroU ue era de color a@ul con #etas de oro ue por lo tanto presumiblemente era lapislá@uli. uc!os de los minerales más raros se encontraron en las minas y menciona las famosas minas de cobre de F!ipre y las aKn más famosas minas de plata presumiblemente de la región de aurium cerca de Atenas y en las ue se basó la riue@a de la ciudad además de referirse a minas de oro. as minas de plata aurium ue eran propiedad del estado eran usualmente arrendadas por una suma fiLa y un porcentaLe sobre la producción. Hacia el final del siglo V la producción se reduLo en parte debido a la ocupación espartana de Decelia. Sin embargo las minas se siguieron trabaLando aunue los registros de Estrabón indicaron ue solo las colas fueron trabaLadas otra #e@ y %ausanias !abla de las minas como una cosa del pasado. os antiguos trabaLos ue consistieron en po@os y galer"as para e:ca#ar el mineral y las tablas de la#ado para e:traer el metal pueden #erse toda#"a. ?eofrasto escribió una obra separada UCn inningU 'USobre iner"aU, ue al igual ue la mayor"a de sus escritos es un trabaLo desaparecido. a antigua ci#ili@ación griega utili@ó @apatas aisladas y fundaciones continuas&ycombinadas para la construcción de estructuras. SegKn San Isidoro por eLemplo los griegos consideraban a Dédalo el in#entor de la construcción de muros y tec!os ue la !ab"a aprendido de la diosa iner#a. %A;?EBB EB A?EBAS '77) A.F., Gracias a la geometr"a los antiguos aruitectos griegos desarrollaron gran !abilidad en la construcción de cimientos aislados y cimientos continuos y en mallas. as imágenes e#idencian ue la antigua aruitectura griega se basó en el uso de rocas talladas para la construcción de sus templos edificios teatros y caminos. FCBAS G;IEGAS Ctro aspectos
geotécnicos importante utili@ado en la construcción de templos en la antigua Grecia es el uso de elementos sismo& resistentes a ni#el del Estilóbato y Estereóbato consistente en un ganc!o de !ierro ue enla@a los bloues contiguos de piedra tallada y le aporta resistencia al conLunto en el sentido largo de la base. GABFHCS %A;A SISC ;ESIS?EBFIA En Egipto e:isten apro:imadamente (*.*** pirámides donde la mayor fue la del faraón >eops conocida !oy d"a como la Gran %irámide de Gui@a ue originalmente ten"a 15*.7 m de lado en una base cuadrada y originalmente med"a (7+.5 m de altura. Fonten"a unos 15**.*** bloues de piedra de apro:imadamente (.( toneladas en promedio cada uno. a e:actitud con ue se orientó la base con respecto a la alineación norte&sur este&oeste fue de apro:imadamente de + minutos de arco de error má:imo en tanto ue la base distaba de ser un cuadrado perfecto por menos de ().)/ cm. ?eniendo en cuenta el conocimiento limitado de la geometr"a y la falta de instrumentos de ese tiempo fue una proe@a notable. FCBS?;FFIB DE BA %I;MIDE FCB B %ABC IBFIBADC Fomen@ando alrededor de 1)0* A.F. las cinco pirámides más importantes se construyeron en Egipto en un per"odo de menos de un siglo 'Saara! eidum Da!s!ur del Sur y del Borte y >eops,.Esto plantea retos formidables en relación a las fundaciones estabilidad de taludes y construcción de cámaras subterráneas. Entre los principales conceptos desarrollados con la construcción de los monumentos se encuentran la ele#ada concentración de cargas en >eops se ten"an 0***.*** ton de roca distribuidas en 15*.7 : 15*.7 m 'apro:imadamente (*** =%a, FC%A;AFIB DE %EBDIEB?ES DE ?AD EB %I;MIDES N %;ESA. %I;MIDES DE >EC%S 'EGI%?C, N %I;MIDE DE SC 'RXIFC, Entre los principales
elementos de geomecánica y geotecnia utili@ados por los Egipcios para soportar sus pesadas estructuras fundadas sobre suelos blandos usaban cilindros de roca 'pilotes, cuya superficie era alisada para reducir la resistencia a la penetración. %ara la construcción de po@os de agua los egipcios desarrollaron técnicas. El uso de caissons de madera y piedra para la construcción de cimientos sobre suelos blandos ya era conocido en Egipto en el a3o 1*** A.F. El frente de a#ance se constru"a con un bloue redondo de cali@a tallada con un orificio en el centro y las paredes se re#est"an con madera o con bloues de piedra tallada. os caminos romanos superaron los 7.(** =m en el a3o 1** D.F. Estas #"as destinadas a la infanter"a eran generalmente rectas 'lo más directas posibles, de poca inclinación y contaban con cunetas para meLorar el drenaLe y su espesor aumentaba sobre suelos blandos lo ue indica ue los romanos comprend"an las bases de la mecánica de suelos y rocas. %A;?ES DE A FCBS?;FFIB DE VA ;CABA Después de la ca"da del Imperio ;omano el desarrollo ingenieril se trasladó a India y F!ina. os antiguos !indKes eran diestros en el maneLo del !ierro y pose"an el secreto para fabricar el buen acero desde antes de los tiempos de los romanos. a Edad edia o periodo medie#al abarcó desde 0** !asta (0** D.F. y por lo general se denomina Cscurantismo al periodo ue media entre el a3o +** y el (*** D.F. Durante este periodo no e:istieron las profesiones de ingenier"a de manera ue esas acti#idades uedaron en manos de los artesanos tales como los alba3iles maestros. El registro del primer uso de roca y suelo como material de construcción se pierde en la antigWedad. En términos de #erdadera ingenier"a la comprensión de la ingenier"a geotécnica y geomecánica como !oy es conocida comen@ó a
comien@os del siglo XVIII. Durante a3os el arte de la Ingenier"a de rocas y suelos se basó en e:periencias anteriores sólo a tra#és de una sucesión de e:perimentación sin ningKn carácter cient"fico real. Sobre la base de los e:perimentos muc!as estructuras fueron construidas algunas de las cuales se !an derrumbado mientras ue otras siguen en pie. A EFMBIFA DE ;CFAS 8FCC ?A9$ En (2+1 la ecánica de ;ocas baLo la insistencia de la Escuela Austriaca con Stini y Wller al frente se des#incula de la Sociedad Internacional de ecánica del Suelo con la pKblica oposición del fundador de la ciencia geotécnica >arl ?er@ag!i. Pusto en esta época se producen dos !ec!os desafortunados$ %rimero$ En Diciembre de (202 falla la cimentación de la presa bó#eda de alpasset en Orancia pro#ocando 70* muertos. El ingeniero proyectista A. Foyne presidente de la International Fomission on arge Dams y profesor de la Rcole Bationale des %onts et F!aussées de %ar"s e:plicaba en sus clases sólo unos meses antes$ 8Es raro y probablemente un caso Knico en ingenier"a encontrarY un tipo de estructura ue no !aya colapsado nunca. %ero a pesar de las apariencias a pesar de su forma esbelta y l"neas elegantes y fuertes tensiones es un !ec!o ue la presa bó#eda es la más segura de las estructuras. Esto es simplemente una confirmación adicional de lo ue se !a conocido durante miles de a3os sobre la estabilidad de los arcos. ...Y nada serio le puede pasar a una presa bó#eda ...Y con tal de ue sus estribos resistan.9 N falló el estribo el reconocimiento de campo posterior mostró ue la presa !ab"a fallado por el desli@amiento de una cu3a sobre una falla 'no detectada antes, en la cimentación del estribo i@uierdo en un terreno formado por gneises foliados muy fracturados pero impermeables baLo el efecto de las subpresiones. %ara
terminar de arreglarlo los ensayos in situ mostraron una ele#ada disparidad entre los datos reales y los considerados para el dimensionamiento de la cimentación para la ue apenas se reali@aron ensayos de campo. Segundo$ En octubre de (2+5 un desli@amiento en la presa de VaLont 'Italia, pro#oca la total destrucción aguas abaLo de la población de ongarone con un saldo apro:imado de 1.*** muertos. ?ras unos d"as de fuertes llu#ias la auscultación indicaba la posibilidad de mo#imientos en la ladera i@uierda por lo ue se decidió rebaLar la cota de embalse. %roblemas en las compuertas retrasaron la operación momento en el ue se produLo el mo#imiento s"smico ue desencadenó la ca"da de una masa apro:imada de 5** millones de mZ de tierras a un embalse ue acumulaba en auellos momentos (0* millones de mZ de agua. os estudios reali@ados desde entonces sugieren ue la ca"da #ino gobernada por parámetros residuales baLo cargas dinámicas 'algo ue no se ten"a en cuenta en auellas fec!as, y fenómenos de tipo termodinámico 'el ro@amiento en la ca"da pro#ocó temperaturas de !asta (1* [F, ue ni siuiera !oy se tienen en cuenta. %asados los a3os el mecanismo del desli@amiento aKn no !a sido e:plicado satisfactoriamente. ?ras estudiar el desastre de VaLont ?er@ag!i escribe$ 8...Y las cur#as de frecuencia de diaclasas no pueden construirse con ningKn grado de seguridad si no se reali@an cientos de mediciones ...Y si los e:pertos en ecánica de ;ocas no resisten la tentación de !acer pocos ensayos por ra@ones económicas los riesgos en#ueltos en la construcción de presas de fabrica cimentadas en roca aumentarán fuertemente.9 Visto lo #isto. el problema de la mecánica de rocas es e#idente el suelo es un medio más o menos continuo y !asta cierto punto sus propiedades pueden ser 8e:trapolables9 pero !acen falta
muc!os muc!"simos ensayos de campo para caracteri@ar de un modo fiable las propiedades geomecánicas de un maci@o rocoso y francamente ue el 8Bue#o étodo Austriaco9 se defina más como una filosof"a ue como un método constructi#o no ayuda. Siguiendo con la !istoria !ay ue decir ue la actitud de los e:pertos en mecánica de rocas de auella primera época segu"a siendo dogmática incluso después de los accidentes con métodos basados en principios de la mecánica de medios continuos baLo consideraciones estáticas opiniones personales y subLeti#os coeficientes correctores. Fabe se3alar además ue el primer Fongreso Internacional de ecánica de ;ocas se reali@ó en isboa en el a3o de (2++. Entre (2)5 y (2/2
de la mecánica de suelos. Entre (227 y (22) Hoe= introduce un nue#o parámetro el GSI 'Geological Strengt! Inde:, para poder tener en cuenta otros factores como la foliación los rellenos la forma de los bloues y el contenido en finos entre otros lo ue permite incluir en el criterio maci@os rocosos de mala calidad con un comportamiento intermedio entre suelo duro y roca blanda no contemplados en el criterio inicial de Hoe= y