ARTCULOS SOBRE TPICOS DE GEOTECNIA Y VAS TERRESTRES VISIN PERSONAL DE ALGUNAS COSAS** Alfonso Rico Rodrguez Mi trabajo no puede ser sino modesto. No he querido tratar un punto especfico de la disciplina. Prefer un enfoque general, que exprese algunos puntos de vista sobre el actual desarrollo de la disciplina a que este libro est dedicado, pues dedicarlo a Jimnez Salas es dedicarlo a la Geotecnia. No s si todo lo que digo merecer aprobacin mayoritaria, pero no puedo sino expresar algunas ideas a las que he llegado despus de batallar con los suelos y las rocas durante muchos aos; debo decir que generalmente en problemas dedicados a carreteras. Me preocupa el desenvolvimiento actual de las ciencias geotcnicas, porque veo una tendencia creciente hacia la automatizacin y al algoritmo numrico en una actividad que pienso debe estar fundamental y continuamente dirigida por lo que los suelos enseen y para recibir sus mensajes, hay que ir a ellos. De todas las ramas de la ingeniera, no es arriesgado decir que por lo menos desde varios puntos de vista, la Mecnica de Suelos es una de las ms antiguas. El da que se puso derecha la primera laja de piedra para bailar alrededor de ella, naci el primer problema de cimentacin. Se ve de inmediato que la antigedad de la Mecnica de Suelos no es nica; en el ejemplo anterior est claramente involucrada la Mecnica de Rocas. Que los problemas de cimentacin, en forma especial aprendieron a ser dominados en muchos casos con xito espectacular, lo testifican tantas y tantas construcciones realizadas en los ltimos dos o tres milenios en forma que enorgullecera a cualquier ingeniero de suelos actual. Esos xitos en evolucin mucho ms rpida de lo que se hubiera pensado fueron pasando a ser obra, ya no de gente con sentido de la observacin anormal, sino que se hicieron patrimonio bastante general de casi todas las culturas. De hecho el manejo de los suelos se extendi rpidamente en muchos otros aspectos. Grandes obras de control de ros, uso de la compactacin, desarrollo de vas de comunicacin, la minera y otros, son ejemplos de una rpida diseminacin de lo que el hombre fue aprendiendo sobre los suelos, como usarlos y como prevenir que se caigan o que los hagan caer. Todo ese conocimiento, almacenado con el tiempo, fue producto del error y el xito; de fijarse ms, quiz, en lo que haba salido mal que en lo que haba salido 12 bien, de atesorar reglas, de escuchar a los maestros y de pasar sus enseanzas a discpulos. Lo que hubo debajo de ese desarrollo de tcnico fue siempre la observacin de la naturaleza, el anotar con cuidado lo que haba llevado al xito y el anotar, an con ms cuidado, lo que haba llevado al fracaso. Con siglos de tal aprendizaje, en la poca moderna (que es la prehistoria de la mecnica de suelos, tal como hoy se entiende), el hombre lleg a un manejo de los materiales trreos, que en cierto sentido parece no haber evolucionado ms rpidamente en los aos recientes que antao. Muchas de las obras ms famosas de la ingeniera mundial de presas, puentes edificaciones, canales, tneles, minera, etc. datan de hace un siglo o dos, para no hablar de otras muchas que datan de mucho ms tiempo. Sin embargo, en la primera cuarta parte de este siglo XX ocurri un hecho decisivo en la marcha relativa serena que la mecnica de suelos haba sostenido durante los milenios anteriores: La Mecnica de Suelos conoci a Terzaghi. Como todos los matrimonios de xito decisivo, ste fue en gran medida obra de la casualidad; parece que ni siquiera fue amor a primera vista, pero eso s, una vez establecido el matrimonio fue hasta la muerte. De acuerdo con cnones pacatos de la sociedad, Terzaghi no fue todo lo fiel que las seoras de edad quisieran: sin dejar de amar siempre a su esposa, tuvo devaneos con la Geologa Aplicada y con la Mecnica de Rocas. Felices devaneos. Parece ser que el papel de Terzaghi con respeto a la Mecnica de Suelos fue, en primer lugar, introducirla de lleno entre las disciplinas fundamentales de la Ingeniera Civil, sacndola un poco de un papel anterior que no dejaba tener sesgos de un oficio venido a ms. Urge ya decir que, como siempre sucede, el papel de Terzaghi no fue la obra de un hombre ni de un juicio, sino la de una circunstancia que moviliz a un grupo selecto que, estoy seguro de ello, aunque acepta a Terzaghi como su lder de espritu, podr reclamar para s mritos protagnicos. Este libro est dedicado a uno de esos hombres que participaron en esa nueva concepcin y visin de la ingeniera y de la ingeniera de suelos. Difcil ser que vuelva a reunirse un grupo tan dotado de talento, tan innovador y tan repartido por la geografa de todo el orbe como el de aquellos que crearon la Mecnica de Suelos que hoy conocemos. El problema que Terzaghi y sus compaeros encararon no fue fcil, pues los suelos, reconocidos por ellos como intrincadas mezclas de slidos, lquidos y gases mostraron comportamientos, y al verlos a travs de los ojos de la ciencia, que no podan ser explicados por lo que en el primer cuarto de este siglo se saba. 13 Es fcil de comprender esto al pensar que tres cuartos de siglo ms tarde siguen sin saberse en muy amplia medida. El trabajo de Terzaghi y los precursores ocurri en el pleno desarrollo de la linealidad en las ciencias de los materiales. La teora de la Elasticidad y la Teora de la Plasticidad eran invocadas como las llaves del reino de toda la tecnologa. Consciente o inconscientemente. Terzaghi y aquellos pensadores pudieron aceptar la idea de un mundo lineal, de una Mecnica de Suelos lineal con suelos obedientes a la Ley de Hooke y a teoras matemticas que daban para escribir obras hasta en 33 volmenes (Mller-Breslau). Pero Terzaghi sinti que el mundo no era lineal y que la mecnica de suelos no podra ser lineal; por ello busc nuevos derroteros para resolver sus problemas. La Mecnica de Fluidos ofreci de inmediato un campo por explorar; algunos descubrimientos recientes de la fsica de contactos slidos como la friccin, por citar alguno, tambin. Todos ellos fueron invocados para entender materiales tan complejos y heterogneos como parecan ser los suelos. Desde un principio tambin aquellos pioneros entendieron que no bastaba pensar y resolver integrales para cimentar rascacielos: haba que ir al suelo y untarse de l. As naci el Laboratorio de Mecnica de Suelos y ah brill muy especialmente Casagrande. El Laboratorio de Mecnica de Suelos tiene una antigua rencilla con el Laboratorio de Hidrulica para definir cul es el primero que floreci en la historia moderna, pero evidentemente esas carreras no interesan. Lo importante es que naci el Laboratorio de Mecnica de Suelos, que hizo que los ingenieros se mancharan de tierra y abrieran nuevos horizontes. Al rato, Terzaghi y sus amigos vieron que entre el laboratorio y lo que pasaba afuera haba un tremendo efecto de escala y pensaron que sin entenderlo poco podra entenderse. Naci as la instrumentacin de campo, con la cual se pretende entrar en las intimidades de grandes formaciones reales. A todas estas ya se haba planteado un gran problema de exploracin y muestreo, que fue resolvindose ao con ao de manera ms adecuada. As, la Mecnica de Suelos lleg a ser probablemente el rea de la ingeniera civil con mayor contacto laboral con la naturaleza. El resultado fue espectacular. Contaba Nabor Carrillo que en la actual legislacin de los Estados Unidos hay una ley no derogada, de los primeros aos de este siglo que prohbe construir bordos de retencin de agua de ms de 20 m de altura por ser intrnsecamente inestables. Sin comentarios. No hace falta decir ms para ver los xitos realmente espectaculares que logr la Mecnica de Suelos al cimentar edificios de 40 pisos en el centro de la ciudad de Mxico al construir presas de tierra de 300 400 m de altura en muchas partes y al llevar a cabo otras muchas obras mencionables que todo el mundo conoce. 14 Es cierto que el avance tecnolgico, lo que se aprendi moviendo suelos, probando suelos y, en general tratando a los suelos, no siempre qued respaldado por un conocimiento cientfico que avale rigurosamente las exitosas manipulaciones que todos conocemos. Esa presa de 300 o 400 m de altura tiene unos taludes que no sabemos cmo funcionan, por citar un ejemplo. En las manipulaciones de la Mecnica de Suelos se usan factores de seguridad, sean definidos toscamente como hacemos muchos o con sofisticados anlisis de confiabilidad, que an son muy altos pero que resultan enormemente bajos cuando se les compara con los que se utilizan en los clculos que hacen uso de teoras elsticas o plsticas. Desde luego cualquier sastre que trabajara con los factores de seguridad de los ms afamados ingenieros de suelos, quebrara en dos semanas, pero dejemos esa digresin porque los sastres no son hombres de ciencia. En el primer tercio de este siglo que agoniza, los esfuerzos del grupo estelar al que se hizo referencia haban arrojado luces muy claras y tiles sobre algunos aspectos vitales en el comportamiento de los suelos. Si el verbo calcular se toma con holgura en el sentido de permitir llegar a resultados suficientemente bien orientados como para poder trabajar en forma razonable y segura, los ingenieros de suelos podan predecir asentamientos en suelos blandos y para ello contaban con un algoritmo interesante; podan estimar la resistencia de los suelos ante varias condiciones de trabajo frecuentes e importantes, y lo ms interesante, haban aprendido que la resistencia no era constante del material, sino una respuesta del mismo ntimamente ligada a la excitacin que se le produjera (mensaje que debi de ser cuidadosamente ledo por ingenieros dedicados a otros materiales que pensaban en una resistencia del material, independiente de las condiciones de trabajo, craso error del que todava parecen quedar serias reminiscencias en aulas y prcticas); el efecto del flujo de agua en el interior de la masa de suelo se entenda razonablemente bien en formaciones homogneas, por lo menos lo suficientemente para incrementar la estabilidad de presas de tierra, hasta el extremo de poderse decir que se haba abierto un nuevo captulo de la ingeniera. Algunas otras cosas de la ingeniera se fueron aprendiendo tambin en referencia siempre a cuestiones que no slo pudieron manejarse en las obras sino que fueron entendidas, sin duda no en todos sus detalles con una compresin que ya de algn modo se acercaba a lo cientfico. En otros casos, el manejo de los suelos, su uso cercano fue dando algunos criterios prcticos, no fundados en teoras pero si en la sucesin de xitos y fracasos que se tuvieron como resultado del uso frecuente de ciertas tcnicas. Casos en los que no se lleg a una comprensin terica del problema pero s a mtodos para resolverlos con suficiente seguridad haciendo uso de la experiencia anterior bien diversificada en relacin al tipo de obra y al tipo de suelos presentes. Ejemplos tpicos de estos casos se tienen en muchas tcnicas de cimentacin y, muy tpicamente, en los anlisis de estabilidad de taludes, que permiten manejar 15 enormes masas de suelos en obras fundamentales con amplia carencia del conocimiento ntimo de los fenmenos involucrados en su estabilidad (aceptando el concepto de esfuerzo, debe recordarse que stos no se conocen por medio de ninguna teora en el interior de la masa de un talud, ni aun cuando ste fuera de perfecta homogeneidad). Lo que pudiera ser ms importante es que la Mecnica de Suelos, haba emitido un juicio ampliamente aceptado de que el comportamiento de las masas trreas, an haciendo concesiones hacia las de ms homogeneidad, no poda ser descrito por teoras de comportamiento lineal, del tipo de las teoras generales de la Elasticidad o de la Plasticidad. El caso del empuje de tierras sobre elementos de contencin ilustra una situacin un tanto intermedia en la historia de la Mecnica de Suelos. Aqu las pocas anteriores al siglo XX haban desarrollado teoras con aparente entidad fsica. Sin embargo, cuando lleg la poca de las mediciones en modelo o in situ y cuando esas teoras fueron analizadas ms a fondo, fue bastante evidente que, valga la redundancia carecan de real consistencia terica. Especialmente cuando se desarrollaron elementos de retencin de carcter francamente flexible. Este es un caso en que se mezclan por parte de los especialistas, los clculos con la enseanza emprica de experiencias pasadas, nacida de los resultados de analizar obras anteriores instrumentadas. En las pocas recientes han aparecido sistemas de anlisis del interior de masas de suelos de gran minuciosidad y potencialidad. Son una consecuencia de una visin matemtica de la naturaleza de los suelos y de la posibilidad de utilizar los recursos del cmputo moderno. Las bases tericas de esos modelos descansan en la Teora de la Elasticidad o en la Teora de la Plasticidad, que a veces se mezclan en diferentes dosis. Este hecho tie de fuertes sospechas la utilizacin de los mismos y el realismo de sus resultados. Sin embargo, sera muy arriesgado y probablemente muy errneo condenarlos apriorsticamente y negarles toda capacidad de ayudar al ingeniero en la resolucin de problemas complejos. Una caracterstica muy positiva de estos recursos actuales es la enorme capacidad de repetitividad de anlisis complejos que permite la realizacin reiterada de esos anlisis con muy diversas combinaciones de datos. Aplicada a un problema real, esta circunstancia puede llegar a dar una trascendental capacidad al ingeniero para justipreciar el peso relativo de diferentes situaciones y de sus combinaciones, lo cual puede resultar de un valor decisivo. Pero la ventaja anterior tiene, a no dudarlo, una cortapisa; exige un muy amplio conocimiento de datos reales y an de sus variaciones y tendencias de manera que los diferentes balances de la situacin que el modelo pueda ofrecer cubran las situaciones relevantes. 16 De esta manera, tras un trabajo inteligente con el modelo podr llegarse a tener una sensacin muy til de las situaciones ms desfavorables y de los parmetros que hacen llegar a ellas. El conocimiento del problema y sus posibilidades de variacin que el ingeniero adquiere con el uso del modelo, combinado con las posibilidades reales de variacin de esos parmetros proveniente del conocimiento de la situacin real y de mediciones de campo, tienen que ayudar decisivamente a detectar las condiciones crticas a la vez que han de proporcionar una til orientacin de cmo sopesarlas y tratarlas en la solucin. Sin embargo, estas nuevas y poderosas tcnicas no estn exentas de graves peligros que con alta probabilidad pueden convertirse en gravsimos, sobre todo si el que usa el modelo cree firmemente en l. En primer lugar, no puede olvidarse que la base cientfica de los modelos que el autor de estas lneas conoce con sus viejas y muy sospechosas amigas, la Elasticidad y la Plasticidad o sea ese clsico mundo lineal al que l achaca casi todos los males de la ingeniera actual. Quiere decirse con eso, que lo nico que hay segn su criterio, peor que cerrarse a todo tipo de utilizacin de tales herramientas es creer ciegamente en ellas. Una condicin absolutamente imprescindible para la inteligente utilizacin de tan procelosas herramientas parece ser un conocimiento tan perfecto como sea posible de las condiciones geotcnicas del problema que se analiza. La exploracin de los suelos, amplia y cuidadosa, el conocimiento de su comportamiento, en movimientos, cambios estacionales, variaciones de las solicitaciones, el efecto de flujo de agua o endurecimiento por sequedad, la justipreciacin de los parmetros de resistencia, junto con una justificacin clara de la naturaleza de esa resistencia desde efectos rpidos hasta valores residuales, segn sea la naturaleza del problema y una visin realista de los mecanismos posibles o previsibles de fallas, movimientos o cambios de cualquier naturaleza son necesarios como mnimo, con la misma intensidad que si ningn modelo fuera a ser usado y el ingeniero fuera a contar nicamente con el conocimiento y experiencia que tuviera para resolver el problema. Estas nuevas herramientas, empaquetadas en un software comercial, tienen el gravsimo peligro de ser tomadas como el medio de solucin de un problema geotcnico. Hoy se tiene la sensacin, al leer la literatura tcnica alusiva de que en muchas ocasiones se piensa que una visin general de un problema que permita sentir afinidad con algn software existente, basta para usarlo y realizar lo que l indique. Que la identificacin de un software que trate problemas similares a los que sospecha enfrentar, es la garanta de una solucin; en tal caso basta hacer un sondeo o dos para identificar rpidamente en laboratorio los parmetros que el software exige; el resto, es computo. Si as se consideran las cosas, el papel de estos mtodos debe considerarse absolutamente inapropiado. 17 Las implicaciones del criterio aqu expuesto, si se considerara razonable, llegaran a las aulas universitarias, exigiendo a los profesores un mensaje de que en la Geotecnia actual nada sustituye a la exploracin de campo, la concepcin de la dinmica del problema y el conocimiento y experiencia del ingeniero. La investigacin actual en la Mecnica de Suelos no est exenta de algunas directrices que merecen comentario. Cuando se ve el conjunto de trabajos presentados a congresos importantes o, inclusive cuando se leen libros recientes, se percibe un gran volumen de trabajo destinado a difundir los llamados estudios de caso, en los que se presenta alguna situacin generalmente conflictiva, lo que se hizo para ver qu estaba pasando o qu amenazaba pasar y se proponen o describen medidas correctivas o reconstructivas, que el responsable del trabajo considera oportunas. No todos los casos presentados se describen con base en la exploracin minuciosa y las medidas de campo que la actual tecnologa permite realizar; son frecuentes las presentaciones en que con base en un conocimiento relativamente somero se obtienen los datos necesarios para la aplicacin del cada vez ms frecuente software salvador; rara vez se ve seguimiento de las medidas tomadas para resolver un caso especfico, para informar a los colegas de la medida del xito alcanzado en los tiempos subsecuentes a la realizacin de las medidas correctivas o reconstructivas. En la mayor parte de las situaciones descritas en los trabajos no se resalta, como parece hacerlo la naturaleza, la enorme e intrincada relacin entre las masas de suelo propiamente dichas y las masas de roca con las que suelen interactuar. Aqu aparece un punto que debe preocupar al investigador y al profesor en el sentido de resaltar la urgencia de eliminar las fronteras actuales entre la Geologa Aplicada, la Mecnica de Rocas y la Mecnica de Suelos. Son evidentes para todos, los loables esfuerzos que se han hecho en los ltimos varios aos para unificar convenientemente estas tres disciplinas que desafortunadamente nacieron y se manejaron durante un tiempo excesivo como entidades relativamente separadas. Esta separacin an es perceptible en muchos programas de estudio. Afortunadamente, tambin son perceptibles fuertes movimientos hacia la unificacin de los materiales de la corteza terrestre con que el ingeniero batalla; la misma palabra Geotecnia es testimonio de estas luchas benficas; sin embargo, parece todava preciso insistir conceptualmente y actuar en la unificacin sealada en trabajos de investigacin y en la formacin de nuevos ingenieros. En su origen los grandes temas de investigacin en la Mecnica de Suelos surgieron de problemas locales e indujeron tradiciones que an hoy parece difcil eliminar de la mente de todos nosotros. Los terrenos blandos en amplias formaciones son, para tomar un ejemplo, frecuentes en grandes ciudades porque ellas nacieron o cerca del mar o a la vera de los ros importante (una excepcin es Mxico, que se construy en el centro de un lago y la razn para ello, segn la tradicin es que all se vio un guila tratando de comerse a una serpiente; si esto es cierto, se ve claramente que este evento no constituye un criterio geotcnico 18 adecuado para crear una urbe que lleg al gigantismo). La consecuencia es doble. En primer, lugar este hecho produjo un loable inters por los problemas de cimentaciones en formaciones blandas homogneas, pero con una polaridad que durante bastante tiempo hizo que los ingenieros descuidaran relativamente otros problemas no menos importantes, la segunda consecuencia fue un inters tremendamente polarizado hacia los suelos transportados, dispuestos en amplios estratos de suelos finos, blandos y bsicamente saturados. Muchas de las tcnicas bsicas ms elementales pero a veces ms tiles de la Mecnica de Suelos actual estn teidas por estos hechos. El descuido de la mecnica de los suelos no saturados hasta pocas relativamente recientes ha sido notorio; el descuido de crear una Mecnica de Suelos residuales tambin. Aqu est abierto un enorme horizonte de investigacin que cubre cosas importantes como la que ms. Las extensiones de suelos residuales en el mundo son enormes. Al principio se crey que el asunto no era para tanto pero hoy se ve que afecta a la totalidad del planeta en gran escala y que las primeras quejas de los que hacan ver que tecnologas tan vitales como el uso de la carta de plasticidad no funcionaban adecuadamente en su medio, no son asuntos de minoras; las diferencias de comportamiento entre los suelos residuales y los suelos transportados resultan en un campo de investigacin que urge desarrollar, independientemente de que hoy se expande en mayor medida que en el pasado. Otro tanto poda decirse de la Mecnica de los Suelos no saturados. De nuevo las ciudades paradigmticas presentaron sus mayores problemas en suelos saturados o casi y otra vez descubrimos que, adems de en la compactacin, ese tipo de suelos estn presentes en otros problemas continuamente. Es probable que en las lneas anteriores se hayan mencionado los polos de investigacin bsicos para el futuro contemplable, pero no sern los nicos. Por ejemplo, resultar difcil entender la mecnica de un talud o de una gran ladera si no se encuentra el modo de entrar en ellos y descubrir sistemticamente las formaciones geolgicas que los han creado. No debe olvidarse que cuestiones tan trilladas como el comportamiento de un pilote de friccin tiene muchos aspectos de fundamental importancia, en pleno debate. En rigor, esto sucede en casi todos los aspectos de la Mecnica de Suelos por doquier. Todo un captulo vital para la comprensin de los suelos y su comportamiento se abre cuando se trata de penetrar en sus estructuras ntimas en su fsico-qumica, en sus relaciones con el agua y sus sustancias en solucin. De hecho seguramente no se logre comprender la intimidad de los suelos en tanto no se penetre seriamente en ese mundo. De las lneas anteriores parece que podra deducirse cul es el pensamiento del 19 que escribe esta nota en torno al cual debe ser la orientacin de la enseanza en la Mecnica de Suelos. Quiz podra resumir su criterio con una simple frase: olvidar la linealidad que la naturaleza parece no conocer, volver al suelo, desde lo macro hasta lo micro y prepararse para un desarrollo lento y difcil pero que ser sin duda sostenido; si as se hace, si se vuelve al suelo, al laboratorio, a la medicin, al monitoreo de lo que funciona y de lo que no, es de pensarse que habr un desarrollo cientfico adecuado de esta misteriosa tecnologa