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Arthur Casagrande: el ingeniero que cimentó la mecánica de suelos moderna

Arthur Casagrande (1902–1981). https://gyaconstructora.wordpress.com/2015/11/30/arthur-casagrande-y-la-mecanica-de-suelos/

Arthur Casagrande (28 de agosto de 1902 – 6 de septiembre de 1981) fue un ingeniero civil estadounidense de origen austrohúngaro, cuya obra sentó las bases del desarrollo inicial de la geotecnia y de la mecánica de suelos. Su nombre está asociado a innovaciones en el diseño de aparatos experimentales y a contribuciones fundamentales al estudio de la filtración, la licuefacción de suelos y el comportamiento mecánico de las arcillas. También es conocido por crear el histórico programa de enseñanza de la mecánica de suelos en la Universidad de Harvard, que más tarde sería imitado por universidades de todo el mundo. Junto con Karl Terzaghi, es reconocido como uno de los padres de la mecánica de suelos moderna.

Casagrande nació en Ajdovščina, en la actual Eslovenia, que entonces formaba parte del Imperio austrohúngaro. Tras cursar su primer año escolar en Linz, se mudó con su familia a Trieste. Al llegar a la edad de ingresar en la enseñanza secundaria, fue admitido en la Realschule, un tipo de escuela destinada a estudiantes que posteriormente cursarían estudios técnicos o un aprendizaje profesional. Su decisión de asistir a este centro estuvo influida por la tradición familiar materna, ya que muchos de sus parientes se habían dedicado a las ingenierías mecánica y química. En 1924, se graduó como ingeniero civil en la Technische Hochschule (TH) de Viena y continuó trabajando allí como asistente a tiempo completo del profesor Schaffernak en el laboratorio de hidráulica.

La disolución del Imperio austrohúngaro tras la Primera Guerra Mundial dejó el sector de la construcción prácticamente paralizado, lo que limitó en gran medida las oportunidades para los jóvenes ingenieros. Este difícil contexto, sumado al fallecimiento de su padre en 1924, incrementó su responsabilidad económica familiar y reforzó su deseo de participar en grandes proyectos de ingeniería. A pesar de la oposición de su madre y de su profesor, decidió emprender el arriesgado viaje a Estados Unidos. Tras llegar a Nueva York en 1926, se alojó durante diez días en un albergue de la YMCA antes de mudarse a Nueva Jersey, donde trabajó durante unos meses como delineante.

Una visita al Massachusetts Institute of Technology (MIT) en busca de empleo cambiaría su carrera para siempre. Allí conoció a Karl von Terzaghi, que acababa de llegar, y le ofreció inmediatamente un puesto de asistente privado. Desde 1926 hasta 1932, Casagrande trabajó como asistente de investigación asignado al MIT para el US Bureau of Public Roads, colaborando con Terzaghi en numerosos proyectos destinados a mejorar las técnicas y los equipos de ensayo de suelos. En 1929, viajó con él a Viena para ayudarle a establecer un laboratorio de mecánica de suelos que pronto se convertiría en un centro de referencia mundial. Durante este viaje por Europa, Casagrande visitó todos los laboratorios de mecánica de suelos existentes en ese momento, lo que le permitió adquirir un conocimiento excepcional del estado del arte internacional.

A su regreso al MIT, desarrolló equipos que sentarían las bases de los utilizados actualmente: el aparato del límite líquido, la prueba del hidrómetro, el ensayo capilar horizontal, el odómetro y la caja de corte. También fue pionero en realizar ensayos triaxiales y en estudiar los cambios volumétricos de los suelos durante el esfuerzo cortante en Estados Unidos. Gracias a sus avances experimentales, realizó aportaciones fundamentales: fue uno de los primeros en comprender el desarrollo de las presiones de poros durante los cortes no drenados, destacó la diferencia crítica entre las arcillas intactas y las remoldeadas y estableció los procedimientos estándar para identificar la presión de preconsolidación en los suelos sobreeconsolidados. Además, la conocida «línea A» de la carta de plasticidad probablemente lleva su nombre.

En 1932 se trasladó a la Universidad de Harvard, donde en 1946 fue nombrado titular de la nueva cátedra de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. Allí organizó un programa de posgrado que pasó de contar con 12 estudiantes en 1932 a más de 80 tras la Segunda Guerra Mundial. Entre 1942 y 1944, a petición del Army Corps of Engineers, formó intensivamente en mecánica de suelos aplicada a la construcción de aeródromos a unos cuatrocientos oficiales. Aunque Terzaghi llegaría posteriormente a Harvard con la ayuda de Casagrande para escapar de la inestabilidad política en Europa, lo cierto es que Casagrande trabajó prácticamente solo en la sección de mecánica de suelos debido a las prolongadas ausencias de Terzaghi y a su escaso interés por las tareas administrativas. El éxito del programa de Harvard, que hacía hincapié en los cursos de laboratorio y en el estudio detallado de la filtración, se debía claramente a Casagrande y su metodología serviría más tarde de modelo en universidades de todo el mundo.

En 1936, organizó la primera Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. Aunque Terzaghi consideraba que suponía un riesgo excesivo para una disciplina aún joven, el evento fue un éxito rotundo. La conferencia dio lugar a la creación de la actual International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering (ISSMGE) y marcó el momento en que la mecánica de suelos se convirtió en una parte esencial de la ingeniería civil. Alec Skempton describió posteriormente el periodo comprendido entre la publicación de Erdbaumechanik (Terzaghi, 1925) y esta conferencia como la etapa formativa clave de la mecánica de suelos moderna.

En paralelo a su labor académica, Casagrande desarrolló una destacada actividad como consultor, especialmente en proyectos relacionados con presas de tierra y en la investigación de fallos en dichas estructuras. Su interés por las presas se refleja en sus estudios sobre la filtración y la licuefacción. Tras la Segunda Guerra Mundial, el Corps of Engineers le encargó investigar los posibles efectos de las explosiones atómicas sobre la estabilidad de los taludes del Canal de Panamá. Esta investigación lo convirtió en uno de los primeros especialistas en la investigación de la resistencia dinámica de los suelos. También fue él quien introdujo el término «licuefacción» en la literatura de mecánica de suelos, aunque posteriormente consideró que su uso era inadecuado para describir los fenómenos asociados a cargas sísmicas cíclicas e insistió en que el término debía reservarse para suelos que experimentaran un notable ablandamiento por deformación, lo que conlleva un comportamiento cercano al flujo.

Su reconocimiento internacional se reflejó en numerosos premios. Fue nombrado primer Rankine Lecturer por la British Geotechnical Association y recibió la prestigiosa distinción de Terzaghi Lecturer, otorgada por la ASCE. En su honor, se creó posteriormente el Arthur Casagrande Professional Development Award, destinado a impulsar la carrera de jóvenes ingenieros e investigadores en geotecnia. A lo largo de su carrera, escribió más de cien textos e informes sobre mecánica de suelos, asentamientos, comportamiento dinámico y problemas relacionados con presas y cimentaciones.

Arthur Casagrande falleció en Estados Unidos el 6 de septiembre de 1981, a los 79 años. Su legado científico y pedagógico sigue profundamente arraigado en la ingeniería geotécnica contemporánea. Su nombre sigue asociado a la rigurosidad experimental, la innovación técnica y la consolidación definitiva de la mecánica de suelos como disciplina moderna.

Os dejo un vídeo que resume los aspectos básicos de su biografía.

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Karl von Terzaghi: vida, obra, controversias, método y legado del fundador de la geotecnia moderna

Karl von Terzaghi (1883–1963). https://www.tuwien.at/en/cee/geotechnik/igb/soil-mechanics-laboratory/terzaghi-archive

Karl von Terzaghi nació el 2 de octubre de 1883 en Praga, que por entonces formaba parte del Imperio austrohúngaro. Hijo del teniente coronel Anton von Terzaghi y de Amalia Eberle, creció en el riguroso ambiente cultural y disciplinario de la tradición militar austríaca. Desde niño, destacó por su curiosidad por la astronomía, la geografía y, más tarde, las matemáticas y la geometría. A los diez años ingresó en una escuela militar y, a los catorce, pasó a otra academia en Hranice, donde se graduó con honores. En 1900, inició estudios de ingeniería mecánica en la Universidad Técnica de Graz, donde reforzó su interés por la mecánica teórica, la geología, las ciencias naturales y la observación del paisaje, pasiones que conservaría toda su vida. Se graduó con honores en 1904, tras superar incluso un intento de expulsión.

Realizó el servicio militar obligatorio, durante el cual tradujo Outline of Field Geology, ampliándolo con nuevo contenido, lo que marcó el comienzo de su extensa producción escrita. Después, volvió a la universidad para estudiar asignaturas relacionadas con la geología y la ingeniería civil y publicó su primer artículo sobre las terrazas geológicas del sur de Estiria. Empezó su carrera profesional en la empresa Adolph von Pittel, donde participó en proyectos hidroeléctricos y llegó a encargarse del diseño y la construcción de estructuras de hormigón armado. Tras trabajar en presas de Croacia y pasar seis meses en Rusia, desarrolló métodos gráficos para tanques industriales que empleó en su tesis doctoral. En 1912 obtuvo el doctorado en Ciencias Técnicas por la Universidad Técnica de Graz.

Ese mismo año viajó por Estados Unidos para estudiar presas y obras hidráulicas, lo que amplió su visión sobre la ingeniería civil. Regresó a Austria en 1913, pero la Primera Guerra Mundial interrumpió su trayectoria: fue movilizado como oficial de ingenieros, llegó a dirigir hasta mil hombres y participó en misiones de combate, como la toma de Belgrado. Posteriormente, fue transferido a la aviación, donde fue comandante de la estación de ensayos aeronáuticos de Aspern.

Tras la guerra, se trasladó a Estambul, donde fue profesor en la Escuela Imperial de Ingeniería (posteriormente, la Universidad Técnica de Estambul) y también colaboró con el Robert College. Entre 1919 y 1925 llevó a cabo investigaciones experimentales fundamentales sobre permeabilidad, empujes en muros de contención y el comportamiento del suelo saturado. Durante este periodo, desarrolló sus primeras teorías unificadas y diseñó equipos experimentales originales. En 1925, publicó Erdbaumechanik auf Bodenphysikalischer Grundlage, la primera formulación integral de la mecánica de suelos moderna, en la que introdujo su mayor aportación conceptual: el principio de tensiones efectivas, piedra angular para comprender asentamientos, la resistencia al corte, la consolidación, la permeabilidad y la erosión.

Su obra llamó la atención a nivel internacional, especialmente en Estados Unidos, y ese mismo año fue invitado al MIT. Publicó artículos en la revista Engineering News-Record que contribuyeron a difundir sus ideas. En Cambridge, aunque tuvo dificultades académicas y administrativas, estableció el primer laboratorio estadounidense de mecánica de suelos y formó al joven Arthur Casagrande, que sería su asistente privado entre 1926 y 1932, y una figura clave en el desarrollo de métodos experimentales, de clasificación de suelos y de técnicas de campo. Ese mismo año, trabajó con Aurelia Schober Plath, quien tradujo manuscritos y amplió el alcance de su producción escrita. Durante este periodo, impartió cursos que sentaron las bases de los programas modernos de mecánica de suelos, desarrolló redes de flujo, métodos de medición de presiones de poros, estudios de consolidación y análisis de asentamientos, y formuló principios que todavía hoy estructuran la práctica geotécnica.

En 1928 conoció a la geóloga Ruth Dogget, con quien se casó poco después, y en 1929 aceptó una cátedra en la Technische Hochschule de Viena. Antes de instalarse, realizó consultorías en la URSS, experiencia que lo marcó políticamente: detestó el sistema soviético y se declaró en contra de él. Desde Viena, obtuvo gran prestigio internacional asesorando en proyectos en Europa, en el norte de África y en Rusia. Trabajó en inyecciones (grouting), en cimentaciones sobre diferentes suelos y en la ampliación de Erdbaumechanik. Su interés intelectual abarcaba no solo la ingeniería y la geología, sino también la filosofía, la ética, la literatura, la arquitectura, el arte, la música, las flores, los viajes, la conversación, la natación y la escritura. Era un lector y observador incansable, un excelente cronista y un prolífico corresponsal con una tendencia natural a clasificar el mundo: rocas, suelos, ideas, personas y fenómenos.

En 1935 tomó un año sabático en el que realizó una consultoría para los planes monumentales de Núremberg, donde llegó a discutir cuestiones de cimentación con Adolf Hitler, una experiencia que le resultó profundamente inquietante. En 1936, organizó y presidió en Harvard la Primera Conferencia Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones, germen de la ISSMGE. Poco después, regresó a Viena, donde se enfrentó a controversias profesionales —especialmente con Paul Fillunger— y a tensiones políticas en aumento. Su amarga reflexión resumió la situación: «Mi país me tachó de nazi, los nazis de bolchevique y los bolcheviques de conservador idealista. Solo uno podía tener razón… y fueron los bolcheviques». Para escapar de ese ambiente, se dedicó a consultorías en Inglaterra, Italia, Francia, Argelia y Letonia.

En 1938 emigró definitivamente a Estados Unidos y aceptó un puesto en la Universidad de Harvard, donde sentó las bases de la ingeniería geotécnica moderna. Allí impartió clases, investigó, publicó y trabajó como consultor en proyectos emblemáticos, como el metro de Chicago, las instalaciones navales de Newport News, el reflotamiento del Normandie y numerosas presas en Norteamérica. En marzo de 1943 se hizo ciudadano estadounidense.

Durante las décadas de 1940 y 1950, amplió su ámbito técnico para abarcar la clasificación de suelos y rocas, así como los fenómenos capilares. También estudió la tubificación y su prevención, así como el diseño y la construcción de presas de tierra, roca y hormigón sobre distintos tipos de cimentación. Trabajó en el análisis de redes de flujo bidimensionales y tridimensionales, así como en el diseño de anclajes para puentes colgantes. Desarrolló aportes importantes en ingeniería de túneles, pilas de cimentación, hincado de pilotes y en la compactación y mejora del terreno. Asimismo, investigó la ingeniería del permafrost y el diseño para prevenir socavaciones.
Analizó la subsidencia regional causada por la extracción de petróleo y por el proceso de formación y colapso de sumideros. Finalmente, impulsó avances en la instrumentación de campo y de laboratorio, además de promover la documentación precisa de fallos. Su libro Soil Mechanics in Engineering Practice (junto con Ralph Peck) se convirtió en un clásico mundial.

En 1954, fue nombrado presidente del Consejo Consultivo de la Gran Presa de Asuán, cargo del que dimitió en 1959 debido a sus desacuerdos con los ingenieros soviéticos. Continuó asesorando en proyectos hidroeléctricos, en particular en Columbia Británica. Respecto a su jubilación, se citan con frecuencia dos fechas: 1953 y 1956. En ambos casos, continuó con su actividad docente y de consultoría durante varios años más.

En 1926, a los 43 años, se consolidó la evolución de sus objetivos vitales: tras haber cumplido su meta juvenil de formular una teoría analítica y empírica del comportamiento del suelo, dedicó su madurez a ajustarla y someterla a la realidad física mediante la práctica profesional. Su preocupación constante era la dificultad para conocer con suficiente antelación la morfología y las propiedades del terreno antes de construir. Esa inquietud lo llevó a desarrollar, junto con Ralph Peck, el método observacional, que se basa en la incorporación de mediciones y observaciones durante la ejecución para adaptar el diseño en tiempo real. Aunque fue un pionero teórico, solía decir que el ingeniero debía mantenerse en contacto con el comportamiento real del suelo y no dejarse cegar por modelos o teorías.

Su personalidad reflejaba ese rigor crítico: era un oyente excepcional, un lector apasionado, un observador meticuloso y un crítico severo de quienes se dejaban atrapar por teorías sin base empírica o de quienes no tenían teoría alguna. Defendía estrictos principios profesionales: aceptar solo encargos que pudiera manejar con competencia, asumir escenarios geotécnicos conservadores, examinar todos los ángulos de un problema, evitar simplificar en exceso el comportamiento del terreno, documentar fallos, publicar resultados y ajustar diseños según datos reales.

Fue un educador influyente en Estambul, el MIT, Viena y Harvard, así como conferenciante en Berlín, Texas e Illinois. Paradójicamente, desconfiaba de la educación formal cuando esta entorpecía la observación directa y admiraba a los «hombres hechos a sí mismos» que aprendían con los ojos y la mente abiertos.

A lo largo de su vida recibió numerosos honores: nueve doctorados honoris causa, cuatro Medallas Norman de la ASCE, la creación en 1960 del Premio Karl Terzaghi, la instauración en 1963 de la Karl Terzaghi Lecture y, más tarde, conmemoraciones como la emisión del sello austríaco de 1983 y el «Terzaghi Day». La presa Mission, en Columbia Británica, fue renombrada en 1965 como presa Terzaghi. Sus cenizas reposan en South Waterford (Maine).

Karl von Terzaghi murió el 25 de octubre de 1963, dejando un legado inmenso. Su combinación de teoría, observación, instrumentación, análisis, docencia y práctica sentó las bases del campo que hoy conocemos como ingeniería geotécnica y sus ideas siguen guiando esta disciplina en todo el mundo.

Os dejo un vídeo en el que se condensa parte de su biografía.

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Ralph B. Peck: Una vida dedicada a la ingeniería geotécnica

Ralph B. Peck (1912 – 2008). https://www.ngi.no/en/about-ngi/ngis-historical-libraries/peck/

Ralph Brazelton Peck (23 de junio de 1912 – 18 de febrero de 2008) fue uno de los ingenieros civiles más influyentes del siglo XX. Su legado en el campo de la geotecnia se forjó a lo largo de décadas de investigación, enseñanza y práctica profesional. Nacido en Winnipeg (Canadá), creció en un ambiente técnico, ya que su padre, Orwin K. Peck, era ingeniero estructural especializado en obras ferroviarias. Esa influencia temprana marcó su destino profesional.

Aunque de niño soñaba con ser operador de tranvías, su padre lo persuadió para que estudiara ingeniería. A los 18 años rechazó becas de la Universidad de Colorado y de la Escuela de Minas de Colorado y se matriculó en el Instituto Tecnológico de Rensselaer (RPI) de Nueva York en 1930. Ese verano trabajó en la Denver & Rio Grande Railroad, donde comenzó su experiencia práctica en el mundo ferroviario. Durante sus estudios en RPI, diseñó su primer puente ferroviario, un puente con vigas de 20 m sobre el río Ánimas en Nuevo México, construido durante sus vacaciones de invierno de 1930, aunque más tarde fue destruido por una crecida del río.

En 1934, se graduó en Ingeniería Civil, pero como no encontró trabajo a causa de la Gran Depresión, aceptó una beca para cursar estudios de posgrado en estructuras, geología y matemáticas. En 1937 se doctoró en ingeniería civil con una tesis sobre rigidez en puentes colgantes, revisada por el reconocido ingeniero David Barnard Steinman.

Ese verano trabajó en la American Bridge Company, pero perdió su empleo al cabo de unos meses debido a la falta de proyectos. En marzo de 1938, cuando aún no había recibido ofertas de trabajo, tomó una decisión trascendental: pidió un préstamo de 5000 dólares a su suegro para estudiar mecánica de suelos en la Universidad de Harvard, bajo la tutela de Arthur Casagrande. Esta formación definiría el rumbo de su carrera profesional. Pocos días después, rechazó una oferta de trabajo como diseñador de puentes en la empresa Waddell & Hardesty, en Nueva York, para dedicarse a la geotecnia.

Casagrande lo aceptó en sus clases, primero como oyente y luego como ayudante de laboratorio. También colaboró con Ralph E. Fadum en el campo. Pronto, Peck comenzó a relacionarse con algunas de las figuras más destacadas del ámbito geotécnico: además de Casagrande, conoció y trabajó con Albert E. Cummings —pionero en cimentaciones con pilotes, quien más tarde le legó su biblioteca técnica—, Laurits Bjerrum, Alec W. Skempton y, especialmente, Karl Terzaghi, con quien forjaría una profunda amistad y colaboración profesional.

En enero de 1939, Terzaghi lo eligió como su representante en la obra del metro de Chicago, proyecto en el que había sido contratado como consultor. Peck asumió un papel central, manteniendo correspondencia constante con Terzaghi, a quien entregaba datos, informes y observaciones. También recibió la guía de Ray Knapp, jefe de inspección de obras del metro, a quien Peck consideró una influencia igual de formativa que Terzaghi por enseñarle a desenvolverse con eficacia en organizaciones complejas. Otra figura relevante en esta etapa fue Ralph Burke, ingeniero jefe de varios grandes proyectos en Chicago, con quien colaboró más adelante como consultor.

Su trabajo en el metro de Chicago fue clave en su desarrollo profesional. Allí aplicó, junto a Terzaghi, métodos avanzados de muestreo, medición de deformaciones e interpretación de suelos. Esta experiencia se materializó en el libro Soil Mechanics in Engineering Practice, publicado en 1948, escrito conjuntamente con Terzaghi y basado en gran medida en su experiencia conjunta. En esta obra se introdujo por primera vez el término «prueba de penetración estándar» (SPT), un concepto desarrollado a partir de un instrumento creado por Charley Gow en Boston. Terzaghi elogió públicamente la ética, el carácter y la rigurosidad de Peck durante el proceso de redacción.

En 1942, Peck se incorporó como profesor asistente de investigación en la Universidad de Illinois, donde impartió clases durante 32 años, hasta 1974. Aunque inicialmente dictaba cursos de estructuras, pronto se dedicó por completo a la geotecnia. En 1945, Terzaghi se unió como profesor visitante y su colaboración continuó en los años siguientes.

En 1953, Peck publicó junto con Thomas H. Thornburn y Walter E. Hanson el libro Foundation Engineering, que fue adoptado como texto en más de 50 universidades, consolidando aún más su influencia educativa. Su dedicación a la formación de ingenieros fue incuestionable y muchos de sus alumnos se convirtieron en figuras destacadas en el campo de la geotecnia.

Tras jubilarse, Peck mantuvo una intensa actividad como consultor, participando en más de mil proyectos en cuarenta y cuatro estados de EE. UU. y veintiocho países de cinco continentes. Su experiencia fue requerida en presas como la de Itezhi-Tezhi, en Zambia, y la de Saluda, en Carolina del Sur; en proyectos de transporte como el BART de San Francisco y los metros de Washington, Los Ángeles y Baltimore; así como en la cimentación del puente Rion-Antirion, en Grecia, y el oleoducto Trans-Alaska.

Entre 1969 y 1973, fue presidente de la Sociedad Internacional de Mecánica de Suelos e Ingeniería de Cimentaciones. A lo largo de su carrera publicó más de 200 artículos y fue ampliamente galardonado:

  • 1944: Medalla Norman de la ASCE

  • 1965: Premio Wellington de la ASCE

  • 1969: Premio Karl Terzaghi

  • 1975: Medalla Nacional de Ciencia, otorgada por el presidente Gerald Ford

  • 1988: Medalla John Fritz

  • 1999: La ASCE estableció el Ralph B. Peck Award, que premia contribuciones destacadas al desarrollo profesional de la ingeniería geotécnica mediante estudios de caso e innovaciones en metodología de diseño.

En 2009, el Instituto Geotécnico Noruego inauguró la Biblioteca Ralph B. Peck, junto a la Biblioteca Karl Terzaghi, en Oslo. En ella se conserva correspondencia entre ambos ingenieros, documentos históricos, diarios técnicos y informes que dan fe de su legado compartido.

Ralph Peck también influyó en figuras como Karl Terzaghi, quien lo consideró no solo un colega brillante, sino también un ejemplo de integridad profesional. Su enfoque metódico, su respeto por la observación cuidadosa y su compromiso con la excelencia lo convierten en una figura clave en la historia de la geotecnia.

Se casó con Marjorie E. Truby en 1937 y tuvo dos hijos. Falleció el 18 de febrero de 2008 a los 95 años, víctima de una insuficiencia cardíaca. Su vida representa una combinación única de rigor científico, habilidad práctica y vocación docente. Hoy, su legado perdura en cada estructura que ayudó a construir y en cada ingeniero al que inspiró.

Una de las frases que más me impactaron a nivel profesional es la que figura en mi blog. Dice lo siguiente:

“En mi opinión, nadie puede ser un buen proyectista, un buen investigador, un buen líder en la profesión de la ingeniería civil, a menos que entienda los métodos y los problemas de los constructores”

(Ralph B. Peck, 1912-2008)

Os dejo algunos vídeos de este insigne ingeniero.

Electroósmosis como técnica de drenaje del terreno

Figura 1. Proceso de electroósmosis (Terrancorp.com, 2014)

Muchos problemas de ingeniería están relacionados con la estabilidad del terreno. Para solucionarlos, se utilizan distintos métodos que permiten aumentar su resistencia mediante tratamientos granulares, químicos o térmicos. Una forma de estabilizar los suelos finos saturados o parcialmente saturados es la electroósmosis, que no solo permite mejorarlos, sino que también se emplea como técnica de drenaje. Otro de los usos habituales de esta técnica es para combatir la humedad por capilaridad, con lo que se combaten las eflorescencias. Sin embargo, en este artículo nos centraremos en el empleo de la electroósmosis como técnica de mejora del terreno y como técnica de drenaje del nivel freático.

La electroósmosis es un fenómeno basado en la precipitación eléctrica de sustancias coloidales en suspensión, observado por primera vez por el físico Reuss (1808) quien introdujo dos tubos verticales abiertos en sus extremos dentro de un bloque de arcilla húmeda y los llenó de agua hasta la mitad de su altura. Después de colocar un par de electrodos en su interior, hizo pasar una corriente eléctrica por ellos y comprobó que el nivel del agua subía en uno de los tubos mientras descendía en el otro. Esto demostraba la existencia de un flujo de agua del tubo al otro a través de la arcilla.

Más tarde, Casagrande (1952) aplicó el sistema para consolidar un suelo arcilloso en la excavación de un talud. Para ello, colocó dos series de tubos porosos de 10 cm de diámetro y 7 m de profundidad como cátodos, y alrededor de estos situó un relleno de gravilla para facilitar la entrada del agua. Entre cada dos cátodos separados 9 m se intercalaron como ánodos tubos de 12 mm de diámetro. El paso de una corriente de 90 voltios y una potencia de 1,5 kW provocó la acumulación de agua en los tubos porosos (cátodos), que se pudo extraer fácilmente por bombeo.

La electroósmosis es un método de drenaje eléctrico empleado para estabilizar arcillas blandas y limos al incrementar su resistencia por la reducción de humedad. Téngase en cuenta que son terrenos que presentan problemas para aplicar las técnicas de pozos con sistema de vacío convencional. El sistema deja de ser efectivo en arenas finas con permeabilidades inferiores a 3·10-5 m/s. La diferencia con otros procedimientos es que el movimiento del agua no se produce por gravedad, sino por un campo eléctrico. Con la electroósmosis se desatura el suelo, aumenta su resistencia y se consolida, por lo que se mejoran las condiciones del terreno al estabilizarlo.

El agua fluye de los ánodos (+) a los cátodos (-) en un medio poroso saturado (Figuras 2 y 3). Dan buenos resultados cátodos de un diámetro de 120 mm colocados cada 3-5 m y barras de acero o aluminio como ánodos intercalados de 100 mm de diámetro. En el cátodo se sitúa un wellpoint o un pozo drenante, que es un tubo abierto por el fondo. Los ánodos y cátodos son tubos abiertos por el fondo. Los gradientes de potencial varían entre 30 y 180 V. A mayor voltaje, más volumen de agua drenada, aunque pueden producirse fenómenos de hidrólisis, por lo que deben hacerse ensayos para establecer los parámetros energéticos más convenientes. Se necesitan de 0,5 a 1,4 kW/m3 de suelo drenado en excavaciones grandes, y hasta un máximo de unos 14 kW/m3 en las pequeñas. Este movimiento del agua genera consolidación, con un aumento temporal de las tensiones efectivas.

La conductividad eléctrica del agua depende de su salinidad, lo que influye en la eficiencia de la corriente y el voltaje aplicado. En un suelo con mayor salinidad, el volumen de agua drenada mediante electroósmosis es mayor y la consolidación es más eficiente y rápida.

Figura 2. Disposición del equipo para el drenaje
Figura 3. Disposición del equipo para el drenaje (Bell, 1993)

Las desventajas de este método son el alto coste de la energía necesaria y los problemas relacionados con la seguridad de los operarios al trabajar con un circuito de corriente continua. Los elevados costes de ejecución y la falta de práctica en su uso limitan su aplicación a casos especiales en los que el caudal a evacuar sea escaso. Su empleo más frecuente es la mejora permanente de las propiedades de los cimientos o la estabilización de los taludes. En la Figura 4 se muestra el principio de la electroósmosis empleado en el drenaje previo a la excavación de un túnel.

Figura 4. Tratamiento por electroósmosis previo a la excavación de un túnel (Bielza, 1999)

A continuación os dejo un vídeo que os he grabado para explicar este procedimiento de tratamiento de suelos. Espero que os guste.

Referencias:

  • BELL, F.G. (1993). Engineering treatment of soils. E & F Spon, Londres.
  • BIELZA, A. (1999). Manual de técnicas de tratamiento del terreno. Carlos López Jimeno, Madrid, 432 pp.
  • POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W. (2016). Groundwater Control – Design and Practice, 2nd Edition. Construction Industry Research and Information Association, CIRIA Report C750, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp. POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844. Valencia
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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