Motores y carreteras: La cara oculta de los puentes con pilas sobre el agua. ¿Cómo se hicieron sus cimentaciones? Parte 1. Ingeniería romana

Puente romano de Vila Formosa sobre el Río Seda , de finales del siglo I-principios del Siglo II

Existen puentes muy antiguos, incluso milenarios, que se apoyan dentro del cauce de los ríos y que ahí siguen, tras haber soportado incontables crecidas del río, sus empujes, erosiones y socavaciones.

La parte visible de esos puentes, muchos de los cuales forman parte del actual patrimonio monumental, está muy fotografiada, estudiada y es harto conocida. Sin embargo, de la otra parte de esas construcciones, la oculta, la de sus apoyos bajo el agua, en muchos casos sabemos poco. Sin embargo, precisamente esas zonas ocultas, o incluso rodeadas de cierto misterio, han sido clave para que esos puentes perdurasen hasta hoy o lo hiciesen durante varios siglos. ¿Cuál ha sido el secreto, o el método, con que el que se consiguieron hacer, entonces, esas exitosas cimentaciones?

Por encima del agua resulta casi sencillo visualizar la construcción de las pilas y la de los arcos o dinteles que salvan los vanos de esos puentes antiguos pero, respecto a esa parte oculta bajo el agua ¿Cómo se hizo para conseguir una cimentación con un apoyo firme o estable en su fondo? ¿Qué métodos se utilizaban? ¿Cómo eran capaces de achicar el agua para trabajar en seco? ¿Cómo resistían los embates y erosiones del agua durante la obra?

Podríamos plantearnos múltiples interrogantes acerca de los conocimientos y las técnicas usadas, por ejemplo, por la admirable ingeniería romana que produjo excelentes obras, de las que aún perduran muchas de ellas, y ello sin disponer de los actuales materiales y medios auxiliares, con cuyas enormes capacidades ya no es un reto inabordable cimentar a grandes profundidades, como lo suponía para aquellos ingenieros de hace dos milenios.

También podríamos extrapolar esas cuestiones, acerca de cómo se han cimentado puentes más modernos o grandes realizaciones actuales, tanto en importantes y caudalosos ríos como en aguas marítimas, con calados considerables.

Voy a tratar de ilustrar con unas pinceladas las técnicas usadas, empezando con las de la ingeniería romana y siguiendo con su evolución desde entonces hasta hoy.

Contenido

1.- Ingeniería romana, generalidades y cimentaciones.
2 .- Un par de técnicas clave en cimentaciones
   2.1.- Pilotes de madera y equipos para su aplicación.
      2.1.1.- Un ejemplo histórico: El puente de Julio César en el Rin
      2.1.2.- Un antecedente de los tablestacados de hace más de dos milenios: La ataguías de madera
   2.2.- El hormigón hidráulico (Opus Caementitium) y su aplicación en condiciones sumergidas
     2.2.1.- Aplicación en obras en el agua según Vitruvio
     2.2.2.- Encofrados, ataguías y métodos descritos por Vitrubio, su interpretación y otras soluciones de la época
3.- Cimentando puentes en el agua. Métodos usados por los ingenieros romanos
    3.1.- Preparación de zona de trabajo de la pila
    2.2.- Tipologías de cimentación
4.- La cimentación de algunos puentes romanos

1.- Ingeniería romana, generalidades y cimentaciones.

Puente de Tiberio en Rimini (14 a.C.-21 d.C.

La ingeniería romana tiene en su haber grandes descubrimientos y avances, en materiales, diseños y gestión, entre los que suele ser común destacar estos tres:

- El hormigón romano (opus caementicium) que, compuesto por puzolanas, cal viva y arenas y piedras, tiene la propiedad de fraguar y endurecer bajo el agua, siendo un hormigón hidráulico con excepcionales características de durabilidad en su composición original, con cenizas volcánicas puzolánicas del Vesubio, en la bahía de Pozzuoli.

- El perfeccionamiento alcanzado en el empleo del arco y sus derivadas como las bóvedas de cañón y de las cúpulas.

- El valor dado a las obras públicas y su conservación, en infraestructuras de transporte, portuarias, hidráulicas o sanitarias.

También debe remarcarse, por ser menos evidente, el gran dominio alcanzado en las técnicas de empleo de pilotes de madera y en la maquinaria o ingenios para su hincado que permitían, tanto cimentaciones en suelos blandos de puentes y edificios como ejecución de puentes tipo pantalán corrido de madera o bien, lo que es para mí otra innovación fundamental de la ingeniería romana: La ejecución de ataguías estancas en medio del agua para construir muelles portuarios y, singularmente, posibilitar las cimentaciones de puentes.

Asimismo, son muy destacables los logros alcanzados en la, quizás también, menos difundida ingeniería portuaria, con el empleo pionero del hormigón romano sumergido en diques y muelles, empleo también extendido a cimentaciones con agua y la increíble durabilidad de estos hormigones puzolánicos.

Por ello, y porque las cimentaciones son menos evidentes y publicitadas al estar ocultas, aunque no por ello tienen menos mérito que la obra visible que ha perdurado, sino que ésta probablemente ha perdurado por el perfeccionamiento ya entonces alcanzado en conseguir unos apoyos firmes y perdurables, incluso arrancando los mismos de niveles por debajo de la superficie del agua, voy a dedicar lo que sigue a tratar de ilustrar ligeramente el conocimiento y técnicas que empleaban.

Sorprendentemente no ha llegado hasta nosotros ningún texto de los ingenieros y constructores romanos donde se reflejen su saber y las reglas que aplicaban, aunque parece bastante evidente que debían disponer de algún modo de transmisión del conocimiento y aplicar unas mismas reglas, normas o recomendaciones, a la vista de la relativa uniformidad y similitud de sus obras a lo largo del Imperio; esas normas y recomendaciones que, para poder difundirse, debían haber estado escritas.

El único texto, de tipo técnico, de que se dispone es el muy citado de los 10 libros de Arquitectura de Vitruvio [1] (ver apdo. 1.2.1) que realmente es un compendio de prácticas, modelos y materiales arquitectónicos y de maquinaria de construcción, pero no de ingeniería, de la que sólo trata, marginalmente, la portuaria. No contiene, por ejemplo, ninguna indicación relativa a las técnicas de construcción de las importantísimas redes viarias del Imperio y sus puentes.

Así, las técnicas y conocimientos que tenía la ingeniería romana en cuanto a diseño y construcción de puentes se han tenido que ir deduciendo a partir del análisis de sus obras, de sus restos o con investigación arqueológica en muchos casos.

2. Un par de técnicas clave en cimentaciones

En lo que se refiere a las cimentaciones de sus obras, dos técnicas clave, en relación con fundaciones en suelos blandos o bajo el agua, fueron las de hincado de pilotes de madera y la de formulación y colocación del hormigón hidráulico.

2.1 Pilotes de madera y equipos para su aplicación.

Aunque el empleo de pilotes de madera data de épocas anteriores a los romanos (tanto como soporte de palafitos o como mejora de la cimentaciones), éstos llegaron a un grado muy alto en el dominio de la técnica y sus aplicaciones, de tal forma que lo mismo eran capaces de hincarlos en el fondo seco de una excavación en terrenos blandos que lo hacían en presencia de una lámina de agua desde ingenios flotantes. Las claves eran, por un lado, los propios pilotes, de árboles duros y rectilíneos (preferían alisos o robles) cuya punta, para facilitar la penetración en el terreno y resistir los desgarros de la presencia de piedras, la endurecían al fuego ó la equipaban con un azuche metálico y, por otro, los ingenios de hincado.

Para su hincado disponían de equipos conceptualmente ya similares a los actuales, con un mazo o martinete formado por una piedra dura y tallada que golpeaba la cabeza de los pilotes, cabeza que a veces se protegía con un cabezón metálico para evitar su deterioro. El mazo se elevaba por medio de un cabrestante manual o bien con ruedas de andar (Fig.1).

Fig.1- Martinete de hinca accionado con rueda de andar

Estos ingenios podían situarse flotando sobre una balsa de troncos para trabajar sobre el agua. Otra alternativa para trabajos acuáticos era disponerlos sobre el hueco central de una plataforma soportada por dos barcazas unidas en forma de catamarán, en forma semejante a la recogida en el esquema de la Fig.2, ejemplo tomado de la referencia [17] referido a ingeniería portuaria, pero también aplicable en ríos caudalosos.

Fig.2.- Ingenio para hinca de pilotes de madera en el agua sobre dos barcazas en catamarán [17]

Incluso eran capaces de ejecutar pilotes inclinados, con ingenios como el que se muestra en la Fig.3, que es una reproducción de los martinetes usados en modo flotante para la ejecución del famoso puente de Julio Cesar sobre el Rhin, cerca de Coblenza. (Fig.5,6 y 7)

En la Fig.4, del “Manuel de construction des ponts de pilots pour poids lourds” de 1918, se puede apreciar cómo, muchos siglos después, se seguía utilizando un artilugio con un diseño calcado.

Fig.3- Martinete de hinca de pilotes romano, réplica (Coblenza, fortaleza de Ehrenbreitstein)

Fig.4.- 1918 Manuel de construction des ponts de pilots pour poids lourds

2.1.1 Un ejemplo histórico: El puente de Julio César en el Rin

Aunque los que han llegado hasta hoy son puentes de piedra, los romanos emplearon con profusión los puentes de madera, en especial los temporales debidos a campañas militares, hechos completamente de madera.

El más famoso es el que mandó ejecutar Julio César para que sus legiones cruzasen el Rin, aguas abajo de su confluencia con el Mosela en Coblenza y que, si hacemos caso al mismo Julio, en el libro IV de sus Comentarios a la Guerra de las Galias [6], fue completado en el increíble plazo de 10 días. Esta sería la descripción traducida [6]

“XVII. César, por las razones ya insinuadas, estaba resuelto a pasar el Rin; mas hacerlo en barcas ni le parecía bien seguro ni conforme a su reputación y a la del Pueblo Romano. Y así, dado que se le presentaba la suma dificultad de alzar puente sobre río tan ancho, impetuoso y profundo, todavía estaba fijo en emprenderlo, o de otra suerte no transportar el ejército. La traza, pues, que dio fue ésta. Trababa entre sí con separación de dos pies dos maderos gruesos pie y medio, puntiagudos en la parte inferior, y largos cuanto era hondo el río; metidos éstos y encajados con ingenios dentro del río, hincábanlos con mazas batientes, no perpendicularmente a manera de postes, sino inclinados y tendidos hacia la corriente del río. Luego más abajo, a distancia de cuarenta pies, fijaba enfrente de los primeros otros dos trabados del mismo modo y asestados contra el ímpetu de la corriente; de parte a parte atravesaban vigas gruesas de dos pies a medida del hueco entre las junturas de los maderos, en cuyo intermedio eran encajadas, asegurándolas de ambas partes en la extremidad con dos clavijas; las cuales separadas y abrochadas al revés una con otra, consolidaban tanto la obra y eran de tal arte dispuestas, que cuando más batiese la corriente, se apretaban tanto más unas partes con otras. Extendíase por encima la tablazón a lo largo, y cubierto todo con travesaños y zarzos, quedaba formado el piso. Con igual industria por la parte inferior del río se plantaban puntales inclinados y unidos al puente, que como machones resistían a la fuerza de la corriente; y asimismo palizadas de otros semejantes a la parte arriba del puente a alguna distancia, para que si los bárbaros con intento de arruinarle, arrojasen troncos de árboles o barcones, se disminuyese la violencia del golpe y no empeciesen al puente.”

Representa un hito en el dominio de las técnicas de hincado de pilotes por parte de la ingeniería romana, incluyendo pilotes inclinados, todos ellos ejecutados desde balsas flotantes, que conocemos gracias a la precisa y lacónica descripción escrita por César.

Aunque, evidentemente, hoy día ha desaparecido ese puente provisional, diversos autores y museos han interpretado esa descripción llegando a dibujos y maquetas como las que siguen:

Fig.5

Fig 6 Maqueta en Museum de la civilización romana, Roma

Fig 7 Otro esquema del proceso [romanoimpero.com]

2.1.2.- Un antecedente de los tablestacados de hace más de dos milenios: La ataguías de madera

Otro de los grandes inventos o aportaciones de la ingeniería romana, derivados de su dominio del pilotaje fue conseguir hacer ataguías de madera estancas en medio del agua para ejecutar las cimentaciones de puentes. Con ello conseguían disponer de un recinto de trabajo a salvo de la corriente de agua, que podía ser estanco con agotamiento de agua de su interior para su ejecución en seco, o bien, ser un recinto de protección y encofrado para ejecutar otra de sus grandes aportaciones: el hormigón sumergido

Si bien en unos casos eran recintos prefabricados que se llevaban flotando para hundirlos en la posición de la pila, en numerosos casos se ejecutaban in situ mediante hincado de pilotes de madera tangentes desde balsas flotantes, que se unían con cadenas de hierro y se reforzaban con entramados interiores (Fig.8).

Fig 8

Cuando se precisaba una absoluta estanquidad porque se iba a agotar el recinto con, por ejemplo, tornillos de Arquímedes, se construía un recinto con doble palizada de pilotes hincados, rellenando con arcilla prensada el espacio entre paredes para asegurar su estanquidad e impedir el paso del agua.

La Fig.9 es la maqueta de la exposición ARTIFEX del CEDEX que muestra el proceso constructivo de una pila, mediante una ataguía de doble pared de pilotes de hincados de madera. Se ve como el ingenio de martinete flotante está ya ejecutando la primera fila de pilotes del recinto de la pila adyacente. Aunque en la maqueta aparece un recinto rectangular, podían adoptar una forma más hidrodinámica, con un frontal triangular para reducir empujes y erosiones por la corriente.

Fig.9

2.2.- El hormigón hidráulico (Opus Caementitium) y su aplicación en condiciones sumergidas

Se suele atribuir a la ingeniería romana el gran invento del hormigón hidráulico, el opus caementitium, una mezcla compuesta por polvo o arena puzolánica, cal viva y piedras o guijarros, aunque parece que los fenicios ya empleaban las puzolanas y los griegos, ocasionalmente, ya habían mezclado la cal con tobas volcánicas.
Sin embargo, es a los romanos a los que debemos el salto de las argamasas y hormigones de cal, que endurecían al aire y lentamente, al hormigón hidráulico, quizás por casualidad, al utilizar cenizas volcánicas de las laderas del Vesubio, en la bahía de Pozzuoli, en las mezclas de cal y observar como tenían propiedades muy superiores a las argamasas y hormigones basados en el empleo de cal como conglomerante, que es lo que se usaba hasta entonces. Los nuevos hormigones con esos materiales puzolánicos presentaban un endurecimiento rápido y gran resistencia, pudiendo sustituir a la piedra y, además, ofrecían otro aspecto diferencial espectacular: Su capacidad de fraguar bajo el agua.

Este hormigón hidráulico, el opus caementitium, u hormigón romano, supuso un enorme avance en la concepción y ejecución de las obras romanas, sustituyendo eficazmente a la piedra como elemento resistente. Una muestra de ello es la impresionante cúpula del Panteón de Agripa que, casi 2 milenios más tarde, todavía mantiene el récord de mayor bóveda de hormigón en masa del mundo.

Pero es, sobre todo, en las obras portuarias o en cimentaciones bajo el agua, donde su empleo posibilitó ejecuciones impensables hasta entonces, que aún hoy día nos asombran por el ingenio aplicado en su ejecución y por la enorme durabilidad de ese hormigón.

El empleo de las arenas o cenizas volcánicas puzolánicas y su mezcla con cal viva era clave para conseguir su fraguado bajo el agua, ofreciendo en obras marítimas un excepcional comportamiento y durabilidad; asimismo permitía arranques de cimentaciones en condiciones difíciles, incluso un empleo pionero del actual hormigón sumergido.

2.2.1 Aplicación en obras en el agua según Vitruvio

VITRUVIO POLIÓN escribió “De Architectura” (Ref.1), sobre el año 15 o 20 A.C., en tiempos de Augusto, siendo un tratado clave para conocer el estado del arte de la construcción de edificios en su época y de los materiales a utilizar.

Destaca el relativo a los novedosos hormigones romanos (opus caementitium). En el Capítulo VI “Del polvo llamado Pozzolana” (Puteolanus pulvis, en latin) de su libro segundo nos indica como es el conglomerante:

“17 Hay también una especie de polvo de virtud maravillosa, que se cría en los contornos de Bayas y territorios de los municipios sitos á la falda del Vesuvio. Este polvo, mezclado con la cal y piedra, no solo concilia la mayor firmeza á los edificios, sino que aun las obras de mar construidas con él se consolidan debaxo del agua misma.”

Los romanos prescribían, precisamente, el empleo de la puzolana de esa procedencia cuando precisaban hacer obras de calidad, en especial portuarias, a lo largo de su imperio. Se ha comprobado como numerosos puertos romanos mediterráneos incorporan puzolanas que llevaban por barco desde Pozuoli, incluso hasta grandes distancias como Caesarea, a unos 2000 km. [3]

Las ingeniosas prácticas que aplicaban en obras en presencia de agua, están descritas en la parte relativa a los puertos. En el libro V, el capítulo XII “De los puertos de mar, y otros edificios en el agua” nos describe como aplicarlo en condiciones sumergidas, que si bien se refieren a muelles y diques portuarios, es también una de las técnicas aplicables a arranque de cimentaciones de puentes en condiciones sumergidas, con el hormigón hidráulico de puzolana. Indica diversos métodos, indicando para el primero, tal como aparece en la traducción de Ortiz Sanz de 1791 [Ref.1] lo siguiente:

“57 La estructura en el agua parece deberá ser esta: traeráse del polvo que se halla desde Cumas hasta el. promontorio de Minerva¹ y de este se mezclarán dos partes con una de cal, del modo mismo que el mortero común. Luego en el sitio destinado se meterán caxones travados con quartones de roble, y con cadenas por todos los lados² y se asegurarán firmemente. Todo el espacio encaxonado se ipualará y limpiará en el fondo desde algunos maderos que se atravesaran para executarlo³. Iráse luego metiendo el material cementicio y el referido mortero hasta que se llene todo el espacio que ocupan los caxones. Esta prerogativa de la naturaleza logran los lugares que diximos arriba ²”.

Las notas referenciadas son los comentarios que aparecen en la traducción de Ortiz Sanz [1], aunque su interpretación no es unánimemente compartida, como veremos:

“2. Son encadenamientos de viguetas y otros maderos, que traven y contengan la tablazon de los caxones. Acaso tambien ataban estos caxones con maromas, 6 cadenas de hierro á diferentes estacas, para que no' los arrancase de su lugar el embate de las olas.

Perrault y Galiani creyeron que estos caxones de madera para trabajar en el agua, se iban formando dentro del agua misma: yo creo que esto es un error evidente: las palabras del texto dicen claramente que los caxones se meten y aseguran dentro del agua en el sitio destinado. En efecto, sería mucho más fácil construir dichos caxones en tierra, y después de bien unida su tablazón, meterlos en su lugar, que formar el cerco con tablas o maderos dentro del agua misma y con la unión necesaria.[1]

3 Las palabras de Vitruvio no quieren significar otra cosa sino que atravesando encima de los caxones algunos maderos, tendrán los obreros adonde ponerse para sacar del fondo el fango y arena movible que hubiere, é igualar el suelo..

No era necesario sacar el agua de los caxones donde habia puzolana, porque la argamasa que se arrojaba dentro la iba sacando.

4 Que tienen puzolana; pues esta se endurece dentro del agua más presto que al aire, como consta de Vitruvio, Séneca, Plinio. y la experiencia.”

2.2.2 Encofrados, ataguías y métodos descritos por Vitrubio, su interpretación y otras soluciones de la época.

2.2.2.1- Primer método.- Encofrado armado in situ para aplicar con hormigón sumergido.

Sería el método referido en el apartado anterior, pero como los bosquejos originales de Vitruvio se han perdido, se han hecho diversas interpretaciones de ese primer método. Si bien en las notas del traductor se aprecia que éste se inclinaba porque eran encofrados prefabricados en astillero y remolcados a su posición, las evidencias indican que en este primer método, se armaba in situ para un hormigonado dentro del agua, inundado. Así eran las primeras interpretaciones, referidas a un caxon o encofrado in situ (Fig. 10 y 11):

Fig 10.-El esbozo de Claude Perrault (1673) [Ref.4]

Fig 11 Bosquejo de Dubois "Observations sur un passage de Vitruve, Mélanges d'archéologie et d'histoire T. 22” (1902)" [4]

Este primer método, encofrado inundado ejecutado in situ, ha sido estudiado modernamente en profundidad en el proyecto ROMACONS [4], [5] a partir de los restos que persisten de muelles y pilas de hormigón con las huellas del armazón del encofrado, pudiendo definir el proceso de montaje del molde y de hormigonado. Era un tipo usado y adecuado en aguas no muy profundas, hasta 3 m de calado e ideal sobre fondos arenosos o suelos[2] que permitiesen el hincado de una malla de postes verticales de madera en el interior del molde (destinae). Estos postes eran los que se hincaban en primer lugar y a ellos se fijaba, posteriormente, un entramado de vigas horizontales de atado (catenae) y, en su caso, las plataformas de trabajo por encima del agua. (Fig 12). Como eran elementos perdidos en esos postes verticales (al contrario que cuando hincaban pilotes como cimentación) solían usar troncos de coníferas, incluso sin desbastar la corteza, de entre 10 y 30 cm de diámetro, afilando la punta inferior que, a veces, se dotaba con puntera de hierro.

Fig. 12 Interpretación de los caxones in situ inundados de Vitruvio por Brandon [5]

Una vez colocada la malla de postes interiores (catenae) se procedía a hincar los postes del contorno (stipites) por fuera de la línea de encofrado. La separación entre stipites era menor para resistir los empujes del hormigón y embates del agua.

A esos stipites verticales se fijaban por todo el contorno y por el lado del interior del recinto, al menos dos vigas horizontales de madera, a modo de correas, una en el fondo y otra arriba, a las cuales se irían fijando los tablones de madera que constituían las paredes de cierre del encofrado, hincadas en el fondo y soportadas por esas vigas horizontales. (Fig. 13). Tras la colocación del paramento del encofrado se procedía a ir montando las catenae y las plataformas de trabajo.

Fig. 13 Encofrado fijado contra las correas horizontales [5]

Para evitar pérdidas de mortero por las juntas verticales entre tablones, su abertura no superaba 1,5 cm, disponiendo, en su caso, tablas adicionales por la cara interior, para mejorar el sellado, en especial con tablones sin corte recto en sus bordes.

En algún caso, adosadas el encofrado, se erigían unas paredes de sillares como cara exterior del elemento a hormigonar, que quedarían fijadas al hormigón, dando a éste una protección adicional frente a la erosión, un mejor acabado visto con fluctuaciones del nivel de agua y una cierta reducción de empuje del hormigón fresco.

2.2.2.2- Segundo método.- Encofrado estanco de doble pared armado in situ para agotamiento de agua y ejecución en seco.

También describe Vitruvio otra alternativa para ejecución en seco que, si bien se refiere a obras portuarias, se aplicó mucho en cimentaciones de pilas de puentes y permitía la ejecución del apoyo y arranque de la pila en seco, siendo el indicado cuando no se podía verter hormigón hidráulico de puzolanas (por ejemplo, cuando no se disponía de ellas).
Consistía en construir una ataguía con doble pared estanca mediante hincado de pilotes y cierre con tablones a modo de tablestacas, cuyo hueco se rellenaba con tierra arcillosa bien apisonada, tras lo cual se achicaba el agua para continuar la ejecución en seco. Así, se podía excavar hasta terreno firme donde se iniciar la cimentación con hormigón de cal o con piedra ó, en su caso, proceder a hincar pilotes en el interior para mejora del terreno o apoyar en capas más resistentes.

"60 Pero donde se careciere del referido polvo se procederá de esta manera. Metanse dobles caxones, bien travados con tablas, y asegurados con cadenas en el sitio determinado; y luego en el vacío entre uno y otro caxon se irán metiendo esportones de enea llenos de greda, bien apisonados.

En estando bien calcado y bien denso dicho material, se sacará el agua del caxon interno, agotándola con cócleas, ruedas ó tímpanos; y después se abrirán las zanjas en aquel espacio. Si el suelo fuere de tierra, se profundizarán hasta lo firme, y siempre mas anchas de lo que ha de ser la fabrica fuera de la tierra.

Luego vaciadas de la tierra y agua, se llenarán de estructura compuesta de piedra menuda y mortero de cal y arena Pero no hallando suelo firme, se hará empalizada de estacas chamuscadas de chopo, olivo o roble; llenando de carbón los intervalos, como enseñamos en los cimientos de teatros y muros.

Sobre este suelo se levantará en rededor una pared de piedras esquadradas, lo mas largas que se pueda, para que haya menos juntas, y traven mejor á las piedras de encima. El vacío que queda en el medio se llenará de cascote, bien de estructura: y en esta forma se podrá levantar aunque sea una torre encima."

Fig. 14 El esbozo de Claude Perrault (1673). Tiene un tornillo de Arquímedes movido por rueda de andar para achique del agua del interior [4]

Fig 15. Bosquejo de Dubois " Observations sur un passage de Vitruve, Mélanges d'archéologie et d'histoire T. 22” (1902) [Ref.4] (Aquí al cajón aparece como hecho in situ mediante hincado de las tablestacado de madera de la doble palizada)

Fig.16 .- Interpretación de la ataguía prefabricada de Vitruvio en forma de cajón de doble pared (Brandon Ref.4)

2.2.2.3.- Soluciones con cajones prefabricados de madera, llevados flotando hasta su posición

Pocos años antes del texto de Vitruvio (entre los años 23-15 a.C.) se había aplicado otro método consistente en prefabricar en tierra los recintos a hormigonar, unos cajones de madera que se llevaban flotando hasta su emplazamiento donde se hundían al ir vertiendo hormigón en ellos, bien sumergido o bien en seco.

Se emplearon en la construcción de los diques de abrigo del nuevo puerto de Sebastos, en Cesarea, mandado construir por Herodes en mar abierto y que fué el puerto artificial más grande conocido hasta ese momento. Los diques se hicieron avanzando en el agua mediante cajones de madera, tanto los abiertos, sin fondo, hechos in situ para rellenar con el opus cementitium sumergido, o los prefabricados en astilleros en tierra, que se llevaban flotando hasta su posición.

Según Brandon [4] hay evidencias de la aplicación de tres soluciones, dos son las descritas por Vitruvio (apartados anteriores), una con encofrados hechos in situ para empleo de hormigón hidráulico sumergido, ya que estarían inundados y otra sería la de encofrados estancos para uso con hormigón no hidráulico en seco, mientras que la tercera, que parece que no es la descrita por Vitruvio, aunque quizás ya la conociese, sería la de cajones flotantes prefabricados de madera para emplear con hormigón hidráulico y no hidráulico, que tenía una doble palizada de entablado en el contorno con un hueco estanco de unos 23 cm; una vez en su posición, ese hueco se iba rellenando con el hormigón puzolánico, lo que le hacía irse sumergiendo. Una vez asentado se rellenaban las celdas interiores también con opus caementitium.

Se estima que se debían haber importado de Pozzuoli, unos 24 000 m³ de puzolanas, lo cual da una idea de la enorme envergadura de la empresa acometida por Herodes. Aunque estudios recientes [2] han testificado los hormigones de esos bloques, y los de otros puertos romanos, y se aprecia una calidad inferior que hace pensar que no se puso la puzolana que se debía o en la proporción (2 de puzolana y 1 de cal), que dice Vitruvio.

Fig 17.- Idealización de la construcción del puerto de Sebastos [2].

Estas enseñanzas y métodos para la construcción de diques y muelles portuarios tuvieron aplicación en la cimentación de puentes en cauces de los ríos, en especial los métodos con uso de una ataguía, bien prefabricada o hecha in situ como doble palizada de pilotes hincados.

3.- Cimentando puentes en el agua. Métodos usados por los ingenieros romanos

Lo primero era situar el puente en el lugar más favorable, tanto por acortar el mismo como encontrar buenas o aceptables condiciones en cuanto a calados y corrientes del agua y de cimentación (en general preferían buscar un apoyo en roca).

El abanico de opciones era relativamente amplio, buscando minimizar el número de pilas en el cauce y poder cimentar en terreno firme y de modo que resistiesen no sólo los asientos, sino el gran problema de los puentes frente a las corrientes del río: Las socavaciones por los vórtices del agua al rodear las pilas.

3.1. Preparación de zona de trabajo de la pila

En primer lugar se buscaba obtener un recinto seco para ejecutar el cimiento y arranque de la pila, para lo cual había varias posibilidades:

a) La más obvia y sencilla era aprovechar las épocas de estiaje para construcción en seco de las excavaciones, saneos y los propios cimientos de las pilas.
Una variante de este método consistía en desviar el río, total o parcialmente, dejando su cauce en seco; solución que no arredraba a los romanos que llegaron a extremos de tanta magnitud como hacer un canal para pasar por él parte de los caudales de estiaje del Danubio con ocasión de la construcción del Puente de Trajano (ver apdo 3)

Fig 18.- Desvío del Danubio

Esta solución también se aplicó en el puente de Adana (Turquía), construido en tiempos de Adriano, en el 384 d.C., para la reconstrucción de las muy deterioradas cimentaciones de sus pilas llevada a cabo por Justiniano hacia el 650 d.C.

Fig. 19 – Puente de Adana de Adriano 384

b) Aprovechar estiajes y ejecutar ataguías provisionales ocupando una parte del cauce mediante rellenos de tierra protegidos con escollera, para excavar en el hueco interior hasta roca o terreno firme para cimentar la pila. Se extraía el agua del recinto y sería una solución válida mientras el caudal de las filtraciones a través del lecho del río fuese achicable.


Fig.20

Es la solución que se aplicó en Alcántara. Sin embargo, en la pila con arranque más profundo (la P4) a la cota de cimentación presentaría siempre, incluso en fuertes estiajes, un gran calado (posiblemente siempre por encima de 7 m), lo que supondría probables problemas que impidieron llegar a un apoyo en roca sana de todo el cimiento de la pila [15]. Afortunadamente y con ocasión de quedar el cauce en seco al construir la presa agua arriba se detectó una caverna con descalce de parte de la pila, que se pudo reparar

c) Ataguías de madera o tablestacados en forma de recintos circulares o rectangulares hechos con doble palizada de pilotes de madera, más o menos tangentes, hincados en el fondo, completados, en su caso, con tablestacado de madera para obturar espacios ó, también, con entramado de madera para darle rigidez. Se reforzaba su unión con cadenas de hierro y se rellenaba con tierra arcillosa la cavidad entre las paredes de pilotes para conseguir estanqueidad. (Fig.8, 9 y 21)

Fue un procedimiento pionero e ingenioso, basado en el descrito por Vitruvio para los puertos (comentado en el apartado 1.2.2.2), que permitió la realización de numerosos puentes en ríos caudalosos sin estiaje, precursor de los modernos recintos tablestacados

Fig.21

d) Cajones de madera prefabricados, disponiendo de dos soluciones.

Cuando eran un encofrado perdido para hormigón sumergido, se prefabricaban con doble pared y fondo en ese contorno para hacerlo estanco y llevarlos flotando hasta su posición, donde se fijaban con pilotes de madera hincados y se hundían rellenando la doble pared del contorno con mampostería u hormigón, técnica como la ya descrita para los puertos; una vez fijados se hormigonaba el interior con el opus caementitium hasta la base de la pila

Otra alternativa eran cajones con fondo estancos, que se llevaban flotando hasta su posición, se fijaban con amarras a pilotes hincados de guía y se iban hundiendo conforme se rellenaban con hormigón o se iban colocando los sillares de la pila o se hacía opus cuadratum, con los sillares del paramento en piedra y el núcleo de hormigón. Esta técnica derivaba de la empleada por Julio Cesar en el sitio de Brindisi para construir unos diques para el cierre del puerto (Fig.22).

Fig.22

Para el achique o agotamiento del agua se disponía, además del método más simple de los cubos, de sinfines o tornillos de Arquímedes movidos por rueda de andar que eran válidos incluso con agua fangosa, o bombas de doble pistón (Philos) que precisaban aguas claras para no atascarse.

2.2.- Tipologías de cimentación

A la vez que se extraía el agua se procedía al saneo o excavación del lecho del cauce en busca de terreno adecuado para la cimentación y aquí surgían varias posibilidades, tanto en cimentación superficial como profunda:

a) Que se llegase a un apoyo firme o en roca, con lo cual se iniciaba la pila generalmente con piedra de mampostería o sillería adaptada al fondo o se regularizaba el asiento con hormigón. (Figuras 20, 34)

b) Que no se llegase a un apoyo firme, pero si lo suficientemente apto para disponer sobre el mismo un gran macizo de hormigón como base de la pila en piedra.

Se aplicó en el puente de Mérida, aunque no se cimentaron todas las pilas individualmente, sino con una losa corrida, con mayor anchura además que la planta del puente y con gran espesor, obtenido con varias capas de hormigón (Fig.23)

Fig 23 Emérita Augusta, Puente del Guadiana [16]

En el de Savignano sobre el Rubicón[4], tras la excavación se rellenó el tablestacado con importante espesor de hormigón [16] sobre el que se dispuso un enlosado de piedras grapadas de mármol, sobre el que apoya la fábrica del puente en opus cuadratum. El puente actual es reconstrucción del destruido en 1944 en la IIGM

Fig 24-Puente de Savignano antes de la IIGM

c) Que la excavación no pudiese alcanzar un terreno firme, quedando su fondo en un terreno blando o muy húmedo, sin posibilidades de excavar hasta alcanzar un nivel competente. En ese caso se procedía a la mejora y densificación del suelo mediante la hinca de una densa malla de postes de madera, llegando la carga transmitida por estos pilotes de madera a niveles más profundos mejorando la capacidad de carga.

Se disponía en el interior del recinto la maquinaria de hincado de postes de madera, con la que se realizaba un denso mallado de pilotes clavados hasta alcanzar terreno competente en capas duras o agotar la capacidad de hinca del martinete. Sobre ellos se disponía un entramado de madera como base de apoyo de la sillería de piedra de la pila o bien se rellenaba con hormigón hasta el arranque de la mampostería (Fig 25 y siguientes).

Como primer ejemplo tenemos el del puente de Tiberio en Rimini, cimentado sobre pilotes de unos 35 cm de diámetro y de 3 a 5 m de largo, dentro de una ataguía de tablestacado. La sillería arranca a un nivel aparentemente muy bajo respecto al actual del agua, pero se ha verificado que en la época de su construcción, el cauce estaba más bajo y la marea no ascendía tanto como ahora

Fig.25 Cimentación sobre pilotes

Fig 26. Puente de Rimini. Simulacion de niveles del agua[18]

Otros ejemplo es del puente de Maguncia sobre el Rhin, cuya maqueta y esquema de la elaborada cimentación se muestra en las imágenes de la Fig.27

Fig 26 Esquema y maqueta de la cimentación de pilas del puente mixto sobre el Rin en Maguncia (Mainz) Año 27 aC [11]

En los gráficos que siguen se muestra la reconstrucción e interpretación de las etapas de construcción del desaparecido puente de Cujik, en los Países Bajos, hecha a partir del estudio de los restos de la cimentación hallados en el cauce (Ref.10)

Fig 27 Cujik. Disposición de la malla de pilotes hincados y del encepado de madera base de la pila. [Ref. 10

Fig 28 Puente romano de Cujik. Etapas de la cimentación sobre pilotes de madera

Una variante en terrenos blandos era la de cimentar la pila directamente sobre una palizada de pilotes de madera, sin entramado de vigas.

Fig. 29 Esquema y restos de las pilas del puente romano de Ceggia cimentadas sobre pilotes de madera

d) Que no fuese posible achicar el toda el agua para la ejecución en seco, bien fuese porque los caudales filtrados superaban la capacidad de achique, o por problemas de sifonamiento en el lecho o por imposibilidad de clavar los pilotes o tablestacas, o empleo de cajones sin fondo, etc.

En esos casos se recurría al empleo del hormigón sumergido (opus caementitium) para materializar una base resistente hasta superar el nivel en el que podía mantenerse el agua filtrada. (Fig.30 y siguientes).

Fig 30 Colocación del hormigón bajo el agua, rellenando el cajón de madera o encofrado dispuesto en el interior de la ataguía. Se disponía de unas pasarelas por encima del agua, hasta la ataguía para el acceso y transporte de materiales

Cuando las filtraciones por el lecho no permitían el agotamiento total del recinto, se ejecutaba una zapata de arranque con hormigón sumergido (opus caementium) en un encofrado in situ (apdo 1.2.2.1) como base de la pila de fábrica. (Fig.30, 31 y 32)

Fig 31 Otro ejemplo, en el que la ataguía tablestacada hace de encofrado perdido para zócalo de hormigón sumergido

Fig.32

Los dos métodos de Vitrubio interpretados por Perrault (Fig.33). En seco con palizada hincada de doble pared rellena de arcilla achicando con sinfín y la palizada de pared simple (puede ser un cajón prefabricado sin fondo) relleno con hormigón sumergido (Ref.8). En las primeras soluciones, achicaban el agua existente o filtrada con bombas de doble pistón (Philos) o tornillos de Arquímedes, para poder excavar y llegar a terreno firme e iniciar la pila con piedra o piedra y hormigón (opus cementitium). Con este sistema se podía llegar a profundidades de unos 6-10 m, bajo la cota de agua, pero ahí terminaba la capacidad de saneo del terreno blando de acarreo del fondo del cauce.

Fig. 33.- Las dos primeros métodos de descritos por Vitrubio de soluciones portuarias según la interpretación de Perrault y su explicación [Ref. 9]

Con ayuda de las maquetas del CEDEX (Artifex) podemos visualizar esta técnica (Fig.34).Se representa en primer término la balsa con el equipo de hincado de pilotes, que está empezando con la ataguía de la pila adyacente.

En la pila en ejecución se muestra el recinto de doble pared, relleno de material impermeable, el tornillo de Arquímedes empleado en el agotamiento del interior del tablestacado y la grúa para colocación de los sillares de la pila.

Aparece el sistema de suministro de materiales, co la rampa de acceso y la grúa para pasarlos a las balsas de transporte hasta las pilas.

Fig.34 CEDEX ARQUIFEX- Maqueta de ejecucion de puente en un río

4- La cimentación de algunos puentes romanos

Puente sobre el Mosella en Trier (Augusta Treverorum )

Es el puente más antiguo de Alemania, construido en la época de Vespasiano entre 144 y 152 DC, con pilas de sillería de basalto y tablero de madera. De la construcción romana solo quedan las pilas, ya que fue volado en 1698 por los franceses de Luis XIV.

Se construyó con uno de los típicos métodos romanos, mediante ataguías de pilotes/tablestacados de madera de doble pared, que se rellenaban con arcilla para estanquidad, achique del agua con sinfines y excavación del aluvial del cauce de unos cuatro metros hasta la base rocosa, donde se cimentan directamente las pilas de mampostería de basalto, rellenando su núcleo interior con hormigón.

Fig 35 – Puente del Mosella

Fig 36 Pila romana

Fig 37.- Esquema de la cimentación directa de la pila [Ref.11]

Ponte Fabricio-Roma

El puente, erigido en el 62 AC, es el más antiguo de Roma que conserva su concepción original,

Fig.38

Fig 39.- Y ahí sigue, resistiendo dos milenios de embates del río

Su pila central ahora parece que está en una isleta, sin embargo ésta no existía sino que se ha formado con las escolleras de protección.

El cauce del Tiber entonces siempre llevaba agua en el emplazamiento de la pila y no era factible su desvío. Por ello, emplearon la técnica de ataguías de doble pared, con pilotes hincados para tener un recinto donde trabajar el apoyo de la cimentación de la pila.

En cuanto a la propia cimentación en sí, se encuentran textos con dos versiones, ambas con cimentación directa, pero una hecha en seco tras agotamiento y excavación hasta el apoyo en un sustrato firme (Fig.40) y otra en la que se ejecuta dentro de la ataguía un recinto tablestacado que se rellena con hormigón sumergido hasta un nivel desde el que se puede cimentar la pila en seco.

Fig 40 Cimentacion directa

En la segunda solución, algo más compleja, habiendo hecho un agotamiento parcial del agua, se materializó en el interior de la ataguía un encofrado con pilotes hincados que se rellenó con hormigón sumergido (opus caementitium) hasta el nivel del agua en el interior, desplazando los limos. Sobre ello se inició la pila con la técnica del tipo opus cuadratum, con un paramento exterior de piedra, relleno con hormigón con piedras de toba caliza. Es la que aparece en la Fig.41

Fig.41 Cimentación con base en hormigón sumergido [12]

Ponte Elio o de Sant’Angelo.

Las dos pilas centrales se corresponden con las de los tres arcos centrales del puente original que enfilaba al Mausoleo de Adriano y cuya ejecución fue dirigida por Demetriano entre el 121 y el 134 d.C.. (Fig 42). A finales del XIX se produjo una actuación, demoliendo y ampliando los pequeños arcos laterales hasta darle el aspecto actual.

Fig.42 Perfil del puente romano original, por R. Lanciani y representación del mismo [19]

Las pilas centrales están cimentadas de modo parecido a las del Ponte Fabricio, por medio de una ataguía, una base de hormigón hidráulico y arranque de mampostería de travertino a 5 m bajo el nivel de estiaje (Fig.43).

Fig.42 Esquema de la cimentación de la pila, modificando un dibujo de Piranesi [20]

Fig. 44 – El puente actual, tras la modificación delos pequeños arcos laterales en 1892. Las cuatro pilas y los tres arcos centrales siguen siendo los del siglo II

Un hito: El puente de Trajano en el Danubio

Aunque ha desaparecido y sólo quedan restos de sus inicios en ambos extremos, en Dobreta (Rumanía) y, sumergidos, de las cimentaciones de sus pilas, constituye una muestra de hasta donde los romanos fueron capaces de llevar su técnica pontificia.

Su artífice fue el genial arquitecto e ingeniero sirio Apolodoro de Damasco, ejecutor de otras numerosas obras emblemáticas, entre ellas la aún hoy mayor cúpula de hormigón en masa del mundo, la del Panteón de Agripa.
El puente sobre el Danubio, empeño el emperador Trajano, suponía enfrentarse a un cauce muy amplio, con un gran caudal y calados medios en torno a 8-10m.

Apolodoro diseñó un puente de 1135 m de longitud (récord, con mucha diferencia, en aquel tiempo), con un tablero en estructura de madera que permitía minimizar el número de pilas en el cauce, al separarlas nada menos (en aquel entonces) que 38 m.

Además de concebir un diseño factible se encargó de la construcción y fue capaz de construirlo en 2 años, entre el 103 y el 105 DC

Fig. 45. Busto de Apolodoro, Columna de Trajano en Roma y el relieve de su puente en la columna

Fig. 46.- Representación de cómo debió ser el puente (Duperrex)

Fig 47. Reconstrucción de un vano en Dobreta

Las pilas, planteadas con grandes dimensiones, con una planta de 33 x 19 m, suponían una enorme dificultad o casi imposible ejecución, por los importantes calados en el cauce, con una profundidad media de unos 8 m.

Por ello trataron de viabilizar la ejecución de su cimentación reduciendo ese calado y dejando parte del cauce en seco, con una solución que consistió, ni más ni menos, en desviar gran parte de su caudal por un enorme y largo canal que excavaron por su margen derecha (actual Serbia), aprovechando un antiguo cauce abandonado del río, canal del que aún quedan indicios (Fig.48).

Fig 48 – Posible canal de desvío del río

En las pilas en el agua, emplearon el método de recintos tablestacados de doble pared, mediante pilotes hincados desde balsas (ver apdo 1.2.2.2), agotamiento del recinto con tornillos de Arquímedes y excavación en el lecho hasta encontrar un firme adecuado para la cimentación directa. El recinto tenía una forma hexagonal debido a los tajamares de las pilas, con unas dimensiones exteriores de 40x 26 m.

En las pilas usaron un paramento de piedra o ladrillo romano, con el interior relleno de hormigón.(Fig.49).

Fig 49.- Dimensiones de los elementos (Bara)[14]

Por cierto, Santiago Posteguillo en su obra Circo Máximo de su trilogía sobre Trajano, trata ampliamente, de forma novelada, épica pero bastante realista, la concepción y ejecución de este puente. (aunque no recoge el desvío del río)

Fig.50 Restos en Dobreta

Fig.51 Idealización del puente

5.-Referencias

Ref.1 Marco Vitruvio Polión - Los diez libros de Architectura .(Traducidos del latín y comentados por Joseph Ortiz Sanz – Madrid 1797)

Ref.2.- Hohfelder, R. L. et Al. - Constructing the harbour of Caesarea on the Sea: New evidence from the ROMACONS field campaign of october 2005.[The International Journal of Nautical Archaeology, 2007, 36]

Ref.3.- Christopher Brandon, Robert L. Hohlfelder, John Peter Oleson et Charles Stern - The Roman Maritime Concrete Study (ROMACONS): the harbour of Chersonisos in Crete and its Italian connection-

Ref.4 - Christopher Brandon - How Did the Romans form Concrete Underwater? [2nd Historic Mortars Conference HMC2010 and RILEM TC 203-RHM Final Workshop 22-24 September 2010, Prague]

Ref.5 Brandon & Hohlfelder & Jackson & Oleson - Building for Eternity: The History and Technology of Roman Concrete Engineering in the Sea [2014]

Ref.6 - Julio Cesar - Comentarios a las Guerras de las Galias, Libro IV (Titulo original Bellum Gallicum; Traducción directa del latín: José Goya Muniáin y Manuel Balbuena)

Ref. 7 Eduardo Cejuela et alt. -From Julius Caesar to Sustainable Composite Materials: A Passage through Port Caisson Technology

Rf.8 Felici, E. - La Ricerca sui Porti Romani in cementizio: Metodi e Objettivi. [1998]

Ref.9 Claude Perrault - Les dix livres d'architecture de Vitruve – Corrigez et tradvits nouvellement en François, avec des Notes et des Figures [Paris 1673]

Ref 10. B. Goudswaard -The Late Roman Bridge at Cuijk

Ref 11 V.Galliazzo – I ponti romani

Ref.12 Luong (WSDOT) History of the oldest bridge Pons Fabricius

Ref.13 Ian Dahl - Pons Fabricius: Rome’s Timeless Bridge

Ref.14 A.Bara – Roman bridges on the lower part of the Danube

Ref 15 Carlos Fernández Casado- Historia del puente en España (CSIC -Informes de la Construcción 1980)

Ref.16 Manual Duran - La construcción de puentes romanos en Hispania 2005

Ref. 17 Enrico Felicci- La Ricerca sui Porti Romani in cementizio. Metodi e Objettivi [Florencia 1998]

Ref.18 Andrea Fiorini - An Urban Archeological Project in Rimini. Preliminary Report (2017-2018). The Contribution of Building Archaeology to Research and Conservation

Ref.19 Flavia Cantatore- Ponte Elio Sant’Angelo. Note tra archeologia e storia dell’Arquitettura -2011

Ref.20 David J.Brown – bridges, Three thousand years of defiying nature . 1996

Continuación de esta serie.

[1] Es muy posible que Vitruvio no conociese los cajones flotantes utilizados en los diques de Cesarea Maritima, ya que se construyeron entre el 23 y el 14 a. C., es decir, justo después de que escribió su libro.[6]

[2] Hay, no obstante, algunos casos en los que se llegó a aplicar este método sobre fondos rocosos

[3] Los diez libros de la arquitectura. Libro

[4] Aunque está en la misma ubicación no es, es posterior, el puente que se dice que atravesó Julio César en el 49 AC y donde MMb)pronunció su célebre “«Alea iacta est»

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miércoles, 4 de diciembre de 2019

La cara oculta de los puentes con pilas sobre el agua. ¿Cómo se hicieron sus cimentaciones? Parte 1. Ingeniería romana