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domingo, 13 de marzo de 2011

Historia de la Geotecnia - 06 - La Ingeniería Geotécnica Antes del Siglo XVIII

Desde el tiempo en que se redactó la Biblia, se tenía clara la importancia de la construcción de una buena cimentación para el adecuado funcionamiento de una estructura, baste para ello leer la parábola del constructor sabio y del escaso de juicio:


"Les voy a decir a quien se parece el que viene a escuchar mis palabras y las practica. Se parece a un hombre que, al construir su casa, cavó bien profundamente y puso los cimientos sobre la roca, vino una inundación y la corriente se precipitó sobre su casa, pero no pudo removerla porque estaba bien construida. Por el contrario, el que escucha mi palabra pero no la practica, se parece al hombre que construye su casa sobre tierra sin cimientos. La corriente se precipitó sobre ella y en seguida se desmoronó, siendo grande el desastre de la casa". Lucas 6:47-49.

La afirmación "Una estructura no es más fuerte que sus conexiones", hace pensar en las uniones individuales entre elementos estructurales, pero también aplica a la conexión entre una estructura y el terreno que la soporta. Las conexiones son conocidas como fundaciones. Los constructores antiguos sabían que la estructura diseñada con el mayor cuidado puede fallar si no es soportada por una fundación apropiada. A pesar que los constructores han reconocido la importancia de contar con cimentaciones firmes, y que la construcción de fundaciones se ha extendido por miles de años como un arte, la disciplina de la ingeniería de cimentaciones (una de las principales ramas de la Geotecnia), como es conocida hoy en día, no comenzó a desarrollarse hasta finales del siglo XIX.

Interacción Suelo-Estructura
Modificación del movimiento del campo libre
debido a la presencia de estructuras
 (A Soriano)

Vitruvio escribió sus 10 tomos De Architectura en el siglo I A.C. auspiciado por el emperador romano Octavio, después de haber sido arquitecto e ingeniero para el emperador Julio César y haber construido las primeras máquinas de asedio del emperador Augusto, retirándose a su muerte. Su obra presenta una detallada descripción de la tecnología militar conocida hasta el momento, describiendo la planificación de las ciudades, los materiales de construcción, y la acústica; explica el funcionamiento de  relojes de agua y relojes de sol, así como todos los tipos de bombas hidráulicas.

Molino de rueda vertical de transmisión indirecta
descrito por Vitruvio (año 27 A.C.)

Respecto de las cimentaciones Vitruvio indicó:

"Que los cimientos de esas obras se excaven en un sitio sólido y una base sólida si se puede encontrar, tanto como puedan ser proporcionales al tamaño de la obra; y que en todo el sitio se trabaje en una estructura tan sólida como sea posible. Y que los muros se construyan sobre el suelo bajo las columnas, la mitad del espesor que las columnas han de poseer, de modo que las porciones más bajas son más fuertes que el más alto. . . . Los espacios entre las columnas contarán con arcos, o sólidos mediante muros compactados, de modo que las columnas estén apartados."

Cimiento descrito por Vitruvio (Herle, Ivo. 2004)

"Pero si no se encuentra una fundación sólida, y el suelo bajo el sitio es tierra suelta o pantanosas, entonces debe excavarse, despejarse y rehacerse con pilotes de aliso o de oliva o de roble carbonizado, y los pilotes deben ser hincado muy cercanos por las máquinas, y los intervalos entre pilotes han de cubrirse con carbón. A continuación, las fundaciones deben llenarse con estructuras muy sólidas. "

Máquina de pilotaje romana (Herle, Ivo. 2004)
Máquina de pilotaje del siglo XVIII

Los cimientos superficiales romanos se construían originalmente con ladrillos secados al sol y luego con ladrillos secados al horno. También se construían fundaciones con losas secadas al horno reforzadas con madera, pero se erosionaban fácilmente luego de las inundaciones y las estructuras colapsaban.

Cimiento superficial romano de losa secada al horno con
refuerzo de madera

Esta situación condujo al desarrollo de elementos estructurales más estables que brindaran mayor durabilidad a las edificaciones, y entonces se utilizó un nuevo material que producía mejor desempeño estructural conocido como concrescere (raíz latina para el término 'fundirse' o 'unirse') o concreto el cual utilizaban encofrado entre muros de mampostería, como se utilizó en la placa de fundación del coliseo romano.

El Coliseo Romano

Coliseo

La técnica de construcción de anfiteatros fue depurada por los griegos quienes los construían, por lo general, en una ladera aprovechando la pendiente natural de los taludes para la ubicación de los asientos, que miraban a la Arena situada en la parte baja - como se hizo con el Circo Máximo, que se encuentra en el valle entre el Aventino y Palatino. El ANFITEATRO o unión de dos teatros fue una invención romana (los griegos únicamente disponían de teatros).

Teatro de Epidauro (Grecia)
Diseño del teatro de Epidauro (Grecia)

El antiguo Coliseo romano fue el primer anfiteatro independiente de taludes naturales. Situado en el corazón de Roma, Italia, es una maravilla de la ingeniería del mundo antiguo. Con un diseño único y un plan de construcción, el Coliseo (Colosseum en el latín original; Colosseo en el actual italiano)fue el mayor edificio construido durante la era romana.

Coliseo romano

Originalmente se denominaba Anfiteatro Flavio (Amphitheatrum Flavium), en honor a la Dinastía Flavia de emperadores que lo construyó, y pasó a ser llamado Colosseum por una gran estatua ubicada junto a él, el 'Coloso de Nerón', construida y en bronce, de más de 30 m de altura, y no conservada actualmente.

Es famoso por su diseño único de ingeniería y esplendor arquitectónico. Un enorme anfiteatro de forma ovalada con una capacidad de 50,000 espectadores sentados, el Coliseo fue en su momento la estructura de ingeniería más grande jamás construida.

Antiguo Coliseo
Esquemas del Antiguo Coliseo

Se construyó justo al Este del Foro Romano, y las obras empezaron entre el 70 D.C. y el 72 D.C., por el emperador romano Vespasiano, siendo terminado por su hijo Tito, después de 8 años, en el año 80 D.C.. A partir de entonces, se hicieron renovaciones y mantenimiento, durante el reinado del hermano menor de Tito, el emperador Domiciano (81-96 D.C.).

Inicialmente, el anfiteatro fue utilizado para la celebración de combates de gladiadores y espectáculos públicos, tales como simulacros de batallas navales, caza de animales, ejecuciones, recreaciones de famosas batallas, y obras de teatro basadas en la mitología clásica.

El Coliseo es una estructura totalmente independiente, de 189 m (615 pies) de largo, 156 m (510 pies) de ancho y con un área de base de apoyo de 7,5 acres (24.000 m2 aproximadamente ). La pista central es de forma oval, con 287 pies de largo y 180 pies de ancho. Las dimensiones de la arena del anfiteatro se estiman en 83 m x 48 m (272 pies por 157 pies). Se encuentra rodeada por un muro de 15 pies de alto, con escaños de asientos sobre él.

Fue diseñado (como tantos otros edificios de la antigua Roma), utilizando el principio del arco. Hay 80 arcos de entrada que se ejecutan a lo largo del perímetro de las paredes externas e internas, y muchos más también van al centro (como los rayos de una rueda de bicicleta) la creando pasillos internos y túneles que circulan alrededor de la estructura.

Planta del Coliseo

La altura del muro exterior del anfiteatro es de 48 m (157 pies), con un perímetro original de 545 m (1.788 pies). Se calcula que el muro exterior del anfiteatro requiere más de 100.000 m3 (131,000 yardas cúbicas) de piedra de travertino. Las piedras utilizadas en la pared exterior del Coliseo se acomodaron sin mortero. De hecho, se mantienen unidas por 300 toneladas de abrazaderas de hierro. La fachada sobreviviente de la pared exterior del Coliseo Romano, se compone de tres pisos de arcadas superpuestas, enmarcada por medias columnas de orden dórico, jónico y corintio. Las arcadas del anfiteatro han sido coronadas por un podio en el que se encuentra un ático de altura, decorada con pilastras corintias.

La construcción de la Fundación

La construcción del Coliseo empezó bajo el mandato del emperador Vespasiano, entre el 70 y 72 D.C. El emplazamiento elegido era un área llana entre las colinas de Celio, Esquilino y Palatino, a través del cual fluía una corriente canalizada. El emplazamiento donde se contruyó el anfiteatro había sido devastado por el Gran Incendio de Roma en el 64 D.C., y aprovechando esta circunstancia, Nerón se apropió de gran parte del terreno para edificar su residencia: la grandiosa Domus Aurea "Casa de Oro"(Domus Aurea). En ella ordenó construir una laguna artificial, la Stagnum Neronis, rodeada de jardines y pórticos. El ya existente acueducto de Aqua Claudia se amplió para que llegara hasta esa zona, y la gigante estatua de bronce conocida como el Coloso de Nerón se colocó al lado de la entrada de la Domus Aurea.

El lago se vació al Tiber y luego se inició el proceso de construcción. Se colocó primero una gruesa capa de concreto en el fondo del lago para crear una base sólida. Es de anotar que a medida que la base se encontraba muy pantanosa, los trabajadores debían cavar debajo del lecho del lago hasta encontrar un terreno firme. La zanja se rellenaba entonces con concreto hasta el nivel inicial. La fundación fue construida sobre esta base sólida de concreto.

Grandes piedras de travertino, estructuras rocosas formadas a partir de carbonato de calcio, fueron traídas de un pueblo cercano llamado Tivoli para construir de la base de la edificación. Estas piedras se unieron entre sí mediante barras de hierro y mortero. Cuatro túneles fueron construidos utilizando estas piedras, incluyendo algunas cámaras de concreto. El conjunto de los túneles y las cámaras, conforman el soporte para el estadio y la distribución de los asientos.

Cimientos del Coliseo Romano (70-80 D.C.) construido por los
emperadores Vespasiano y Tito, en piedra y concreto.
Su capacidad fue de 50,000 espectadores.

La construcción de los Muros

Arcos y columnas del Coliseo

La estructura del Coliseo por encima de la cimentación consta de 4 plantas. La altura total de la estructura, es de alrededor de 48 m, mientras que la altura de cada piso tiene entre 10-14 m. Las 3 primeras plantas contaban con un total de 80 arcadas con columnas. El sótano, primer, y segundo nivel tienen columnas de orden dórico, jónico y corintio, respectivamente. El cuarto nivel, construido por Alejandro Severo cuando renovó la edificación en el 230 D.C., posee un tipo de columna conocido como Pilastra Corintia. El nivel superior también tenía 80 cámaras con pequeñas aberturas para colocar las vigas de los parasoles de sombrío.

Las 4 plantas del Coliseo

Se utilizaron piedras de travertino para los muros exteriores del edificio, mientras que las paredes internas fueron construidas con toba (tufa), una especie de roca volcánica que fue traída de las estructuras antiguas de la ciudad. Los pedestales en todo el edificio son de mármol. Los enormes bloques de mármol se unieron inicialmente con barras de hierro, sin embargo más tarde se utilizó mortero. Carros tirados por bueyes se usaron para acomodar los bloques de mármol.

Cantera de Travertino en Tivoli (Italia)

La construcción de la Arena

El Coliseo cubre una distancia total de 7,5 hectáreas. El término "Arena" está tomado de una palabra latina que significa "arena" ('sand', en inglés). La Arena está cubierta en un área de 79 x 45 m, por un entrepiso hecho de madera y arena. La arena se usó en el piso para que la sangre de los combatientes fuera fácilmente absorbida y los gladiadores pudieran tener un apoyo firme. Por otra parte, se utilizaron fuertes redes para cubrir la periferia del escenario y para evitar que los animales salvajes atacaran a la audiencia.

Arena del Coliseo

La entrada a la Arena estaba en el sótano, a través de una escalera. En el sótano también había cuartos donde los gladiadores eran alojados o encarcelados. Los animales salvajes también se mantenían en cámaras pequeñas debajo del sótano. A estas cámaras subterráneas con piso de madera se podía llegar a través de un túnel que se abre a las afueras del Coliseo.

La construcción de las Plazas

Se dice que el Coliseo podía acoger un total de 50,000 espectadores. La distribución de las sillas está dispuesta en capas una tras otra, algo similar a la disposición actual de las salas de cine convencionales y anfiteatros. El arreglo se dividió en 5 niveles y cada nivel se dedicó a gente de una estatura particular en la sociedad, un rasgo que fue muy frecuente en la época romana.

Distribución de las plazas

La sociedad estaba dividida en clases y en esa misma forma se distribuyeron los asientos del Coliseo. El nivel más bajo o el más cercano a la arena, estaba reservado a los VIP, como sacerdotes, miembros de las familias reales, senadores y diplomáticos. Dos palcos especiales en el mismo nivel, en los extremos norte y sur, proporcionaban la mejor vista para el Emperador, su Emperatriz y las vírgenes vestales.

Tribunas del Coliseo

El siguiente nivel estaba formado por personas de la clase noble y los caballeros. El nivel superior se divide en dos secciones y era para los ciudadanos comunes. La sección más baja fue para los ciudadanos ricos, mientras que la parte superior era para los pobres. El nivel superior se reservó para la gente de la clase más baja, las mujeres y los esclavos. Los asientos en este nivel eran extremadamente incómodos y de madera.

Algunos aspectos del Coliseo

Hubo un total de 76 entradas previstas para el Coliseo para que la gente pudiera entrar y salir del edificio de forma rápida y sencilla. De las 76 entradas, cuatro estaban reservadas para el Emperador y VIPs.

Entrada al Coliseo

Los investigadores también dicen que los canales en el sótano del edificio se utilizaron para llenar el Coliseo con el agua para la realización de simulacros de batallas navales. Sin embargo, no hay ninguna prueba sustancial de esto ya que los ladrillos que se utilizan en las paredes de los canales no son del tipo resistente al agua.

Perfil del Coliseo

El Coliseo romano se mantuvo en uso durante casi 500 años. En 438 D.C. se prohibieron las luchas de gladiadores y los últimos juegos con animales registrados, se llevaron a cabo en el siglo VI D.C. (523 D.C.). Fue en la época medieval que el anfiteatro dejó de ser utilizado para propósitos de entretenimiento. A partir de entonces, fue utilizado para alojamiento, talleres, cuartos para una orden religiosa, fortaleza, cantera y santuario cristiano. Aunque en ruinas por los terremotos y los ladrones de piedras, el anfiteatro es todavía un símbolo de la Roma Imperial que conserva el 40% de su estructura original.

Se estima que los juegos en el Coliseo cobraron la vida de unas 500.000 personas y más de un millón de animales.

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