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Monográfico | Agustín de Betancourt
Castillo de Kronstadt Alejandro I, obra maestra de la ingeniería rusa de mediados del siglo XIX
Alexey Georgievich Shashkin
Doctor en Ciencias Geológicas y Mineralógicas, candidato de Ciencias Técnicas, ingeniero superior restaurador, director general del Instituto de Georreconstrucción.
Konstantin Georgievich Shashkin
Candidato de Ciencias Técnicas, geotécnico jefe del Instituto de Georreconstrucción.
Vladimir Mikhailovich Ulitsky
Doctor en Ciencias Técnicas, profesor, director científico del Instituto de Georreconstrucción.
Las construcciones de patrimonio histórico no siempre representan monumentos de la ingeniería y la tecnología de la construcción de su tiempo. Incluso los más destacados son famosos por su perfección artística, pero solo algunos pueden mostrar al mismo tiempo la novedad de las soluciones de ingeniería adoptadas. Así, por ejemplo, la perfección estructural del Panteón de Roma o de la cúpula de Brunelleschi en Florencia causa admiración y asombra a los ingenieros modernos. El emplazamiento patrimonial histórico de Kronstadt posee una obra maestra de la ingeniería: la fortificación del castillo Alejandro I, ubicada a 1200 m de la isla de Kotlin, entre el canal marítimo moderno y la bahía de Kronstadt (Figura 1).
Los autores han estudiado esta fortificación histórica por la necesidad de investigación para desarrollar un proyecto que permita adaptar el castillo al uso moderno.
Breves datos históricos
El castillo Alejandro I era uno de los 17 castillos y fortalezas del sistema de defensa del castillo de Kronstadt. Los cañones de tres pilas de casamatas y una cuarta pila abierta debían cubrir toda la vía fluvial sur y la mayor parte de la bahía. Construido en forma almendrada, con 90 m de largo (a lo largo del eje este-oeste) y 60 m de ancho, el castillo ocupaba la cima de la arquitectura defensiva de la época.
Los trabajos de preparación de la construcción comenzaron en marzo de 1836 dirigidos por L. L. Carbonnier [1], director del Departamento de Construcción para Asuntos Marítimos e ingeniero teniente general. El castillo se ubica en aguas del golfo de Finlandia, donde la profundidad alcanza los 4,5 m. El diseño suponía construir estructuras de pantallas a base de troncos a lo largo del contorno del futuro castillo y excavar depósitos blandos del fondo marino con sustitución de los mismos por un colchón de arena. Sin embargo, Carbonnier murió a principios de mayo, y el día 31 de ese mismo mes el Ministerio de Marina informó al Departamento de Construcción que un comité especial había cuestionado la solución técnica, considerándola cara y poco fiable.
La supervisión principal de las obras de construcción del nuevo castillo se encargó al ingeniero general adjunto M. Destrem, que había sido invitado por Agustín de Betancourt a servir en Rusia. Durante la ejecución de los trabajos de construcción de las estructuras de troncos para cercar a lo largo de la línea exterior del castillo, Destrem organizó investigaciones de ingeniería y geología. En agosto de 1836 Destrem informó del resultado de las investigaciones del terreno bajo el futuro cuerpo principal del castillo de tres pisos, que nos recuerda las propuestas por Betancourt en la catedral de San Isaac: «Debido al hallazgo de capas intermedias de suelo blando, se debe cercar el castillo con tablestacas a lo largo del perímetro y reforzar el suelo con pilotes, o hacer un muro de tablestacas para sacar la tierra y reemplazarla con 3000 sazhens cúbicos (29 000 m3) de arena rellena u hormigón hasta 10 pies por debajo del nivel freático del agua y luego ejecutar una subrasante de grandes losas de granito colocando la base del castillo sobre esta losa».
La sustitución del suelo implicó una importante excavación subálvea que incluso hoy en día es compleja de controlar. En base al volumen de excavación mencionado anteriormente y la forma elíptica del castillo, con dimensiones axiales de 90 m y 60 m, el espesor del colchón de arena era de 6,8 m. Por lo tanto, a partir de las alturas planeadas de la parte superior del colchón (10 pies o 3 m), la excavación posterior debía realizarse hasta una profundidad de 10 m.
El comité especial encontró que la propuesta de Destrem [2] sobre la cimentación con pilotes era ventajosa sobre la solución de Carbonnier, y ordenó sustituir la capa superior de 1 m con arena de cuarzo de grano grueso. Se utilizarían las dragas de vapor de Agustín de Betancourt de 30 HP cada una y con una productividad: alrededor de 80 m3/día. Los trabajos de dragado duraron desde el año 1837 y hasta julio de 1838.
Mientras tanto, se llevaron a cabo los trabajos preparatorios: se construyó la estructura provisional, se prepararon y almacenaron las plataformas, la madera, la piedra y la cal, y se hincaron los pilotes de prueba (se encargaron 5-6 pilotes de pino de 7 vertshka con azuches de hierro fundido). Al mismo tiempo, se completó el diseño y se presentó para su aprobación en noviembre de 1837. En julio de 1838, después de terminar la excavación del lecho marino, comenzó el hincado de todos los pilotes (Figura 2) hasta su apoyo en estratos de arcilla continental. El 22 de noviembre de 1838, Destrem presentó los presupuestos y los planos de construcción, y el 21 de diciembre, el emperador Nicolás I aprobó el diseño.
En el invierno de 1838‑1839 se realizaron los trabajos de relleno y consolidación del espacio entre pilotes con arena de grano grueso. En primavera se cortaron los pilotes. Después de completar el corte estrictamente horizontal de las cabezas de los pilotes, se construyó un colchón de hormigón de 1,8 m de espesor en todo el campo de pilotes. Se ejecutó sobre un colchón de arena artificial cuyo techo se encontraba a una altura absoluta de -3,0 m, hasta la altura absoluta de las cabezas de los pilotes cortados (-1,2 m). El hormigón estaba compuesto por cal hidráulica, arena y guijarros en una proporción de 1:1:2.
A mediados del verano de 1839 se inició la construcción de la cimentación submarina de dos pilas de losas de granito en todo el campo de pilotes de hormigón (Figura 3). Las cimentaciones de los muros longitudinales y transversales se realizaron con losas de piedra caliza sobre hormigón hidráulico y dispuestas en el granito inferior, hasta los 3.0 m sobre el nivel del agua. Los muros estaban revestidos con bloques de granito recortados de doble curvatura, tanto vertical como horizontal. El basamento parabólico cóncavo coronado por una corona se consideró un dique ideal para evitar la penetración del agua en los muros exteriores superiores del castillo.
En 1841 se construyeron muros exteriores para bajar las aspilleras de las chimeneas. Los muros se ejecutaron con andamios de cuatro niveles apoyados sobre troncos, en parte sobre el basamento. El 14 de agosto de 1842, el emperador Nicolás I visitó el castillo en construcción y quedó muy satisfecho.
En la construcción de las chimeneas se prestó especial atención a la colocación de las aspilleras, que se hicieron completamente en bloques de granito. En el invierno de 1843-1844 se completó la altura del castillo. La inauguración ceremonial del castillo tuvo lugar el 27 de julio de 1845 en presencia del emperador.
Tecnología de construcción de la base del castillo
Tenemos información bastante completa sobre la técnica de construcción del castillo gracias al artículo detallado de N. Beznoschenko en la Revista de Ingeniería n.º 5 de 1863. Estos datos merecen ser explicados a los expertos modernos. Por eso citamos esta descripción con comentarios.
«En mayo de 1837 se colocó una draga escalonada en un espacio cercado con troncos y se comenzó a excavar en el suelo blando […]. El suelo excavado se vertió en barcos transbordadores y se transportó al lugar de construcción […]. El suelo se excavó día y noche durante 148 días hábiles; en total se excavaron 1200 sazhens cúbicos (11 650 m3). La máquina de vapor excavaba diariamente un promedio de 10,4 sazhens cúbicos (100,5 m3) de tierra; la máquina escalonada, 5,3 sazhens cúbicos (51,2 m3)».
Debemos mencionar la productividad de las dragas históricas: con una capacidad de draga de solo 30 HP, en los días de verano podía excavar un volumen de tierra igual a la capacidad de 10 dúmpers modernos de 10 m3.
«Luego, dentro del espacio, se hincaron pilotes redondos de 6 sazhens de largo (12,78 m) con una distancia entre pilotes de 10 1/2 pies (3,2 m). Sobre ellos se construyó una plataforma a 5 pies (1,5 m) sobre el nivel del mar utilizando balsas desde las cuales se hincaban pilotes redondos para el castillo con 40 martillos mecánicos día y noche. En verano (mayo‑agosto) cada martillo hincaba 4 pilotes al día, y en agosto‑noviembre, cuando los trabajos nocturnos se iluminaban con faroles, se hincaban 3‑3 ½ pilotes».
La construcción contemporánea puede envidiar tal intensidad de hincado de pilotes: 140 pilotes al día con una longitud de pilote de unos 12 m.
«En total, se hincaron 5335 pilotes de 6 pies de largo (12,78 m) y 3422 pilotes de 5 pies de largo (10,65 m) con una distancia entre pilotes de 2 1/2 pies (0,76 m)».
«En el invierno de 1838‑1839 la mayor parte de la excavación entre los pilotes hincados se rellenó con arena y grava […]. En el verano de 1839 todos los pilotes se cortaron a 1,2 m (4 pies) de profundidad, y en el foso, a 3,0 m (10 pies) por debajo del nivel cero del agua […]».
«Al finalizar este trabajo, se construyeron pilas portátiles sobre el agua sobre las que se hizo hormigón, compuesto por una parte de cal hidráulica, una de arena y dos de guijarros. Se rellenó el patio con tierra, en todo el espacio del castillo se descargó hormigón de cajones y en el agua, se niveló con guijarros sobre los pilotes cortados».
Los dibujos históricos en las figuras 4 y 5 muestran la estructura del terreno artificial, a saber, la sección transversal del castillo.
Investigaciones geológicas y de ingeniería en 1836. Comparación con las investigaciones modernas
Los ingenieros modernos solo pueden admirar la calidad de las investigaciones realizadas en julio‑agosto de 1836, tanto en tierra como en agua, desde balsas y estructuras de troncos.
Según la nota histórica, el control del diseño «requirió un sondeo preciso con pilotes huecos, beneficioso porque se excavan diferentes capas de suelo desde una profundidad considerable sin perturbaciones; además, la propia hinca de pilotes muestra el grado de resistencia de diferentes capas de suelo».
La investigación demostró que, debajo de toda la cimentación, el lecho marino estaba cubierto por una capa de arena limpia, cuanto más profunda, más gruesa. Estaba subyacente a una capa de arcilla limosa, completamente licuada, «la sonda entró en ella por su propio peso, debajo había un ‘continente sólido’». La Figura 6 muestra que se perforaron 10 pozos de unos 40 pies de profundidad (12,2 m) en los que (según la escala de la figura) se localizó un techo de arcilla sólida a una profundidad aproximada de 7,0 m desde el nivel cero del agua.
Si traducimos esa terminología al lenguaje de las investigaciones geológicas e ingenieriles modernas, la capa de arcilla limosa (o arcilla «líquida», Figura 7) se refiere a depósitos lacustres‑marinos o lacustres‑glaciales (lgIII) –margas líquidas, «arcillas sólidas» –margas semisólidas glaciales (gIII) cuyo techo, según las investigaciones modernas (2016, Figuras 8 y 9), están sustentadas por arcillas sólidas vendienses (Vkt2).
Cabe señalar que las investigaciones modernas han descubierto depósitos arcillosos blandos solo en los sondeos 1 y 2 (Figuras 8 y 9), que se encuentran fuera de la zona de construcción, es decir, donde no se han colocado pilotes. En cambio, en los sondeos 3, 4 y 5 no se han encontrado depósitos naturales por encima del techo de marga morrénica; a una profundidad de hasta -7,0 m hay suelos rellenos de arenas húmedas de color pardo grisáceo de diferente tamaño de grano con piedra triturada, guijarros y restos de madera (Figura 10). El techo de marga morrénica se encuentra a una altura de -7,0 m. Por tanto, se muestran así los trabajos geotécnicos realizados, es decir, la sustitución de los sedimentos del fondo marino por arena hasta una profundidad de unos 2,5 m (en el rango de profundidades de 4,5 a 7,0 m).
Se puede verificar la concordancia de las investigaciones históricas y modernas superponiéndolas (Figura 11). Debido a la existencia de dos niveles de referencia fiables (primero, nivel de agua 0,00 m; segundo, el nivel del fondo marino del golfo de -4,5 m) se puede confiar en la fiabilidad de esta comparación. Como resultado, podemos estar seguros de que las investigaciones de 1836 sondearon el techo de los depósitos del Vendiense, aunque es evidente que el «pilote hueco» no podía ir más allá.
Sin embargo, sin que se hubiera registrado el techo del Vendiense en los documentos, los ingenieros del siglo XIX asignaron la profundidad de hincado de los pilotes al techo del Vendiense (cota absoluta sobre -12,0 m según las investigaciones de 2016), es decir, a toda la profundidad del depósito estudiado en 1836. Se hincaron pilotes de madera de 6 sazhen de longitud (12,78 m) con puntas de hierro fundido en «suelo continental» hasta el rechazo. Con esta longitud de pilote e hincados desde una plataforma elevada de 1,5 m, los pilotes seguramente alcanzaron las arcillas sólidas de Kotlin (arcillas vendienses). Es un hecho confirmado por las investigaciones modernas. Por lo tanto, se demuestra que las arcillas sólidas del Vendiense sirven como subsuelo para la cimentación de los pilotes del castillo de Alejandro I.
Estos resultados parecen ser decisivos para el diagnóstico del estado actual del monumento.
Evaluación de la posible influencia de la vía fluvial en el subsuelo del castillo
Los datos históricos sobre la construcción de la cimentación y el subsuelo del castillo fueron bastante útiles para evaluar la influencia del dragado de la vía marítima de acceso. Cabe destacar que durante el examen de las estructuras del castillo, realizado en 2012 y 2020, no se encontraron deformaciones causadas por asentamientos diferenciales de la estructura. Durante muchas décadas, el castillo existió cerca del mar sin deformaciones visibles. Para evaluar el peligro potencial de desarrollo de deformaciones debido a dragados, se analizó la geometría de la sección en el área del castillo combinada con el esquema de la cimentación del castillo (Figura 12).
La Figura 12 demuestra que el techo del depósito de Venda tiene una ligera pendiente desde el castillo hacia el canal: desde el 8% en la primera zona más cercana a la estructura hasta el 1,3% más cerca del canal. Este perfil de lecho de roca no plantea preocupación sobre el posible desarrollo de fenómenos de deslizamientos de tierra internos durante el dragado sin tocar estos depósitos. Esta suave pendiente natural se formó hace millones de años, su parte superior ha estado cargada con el peso de la estructura de fortificación durante unos 200 años, sus pilotes se hincaron en depósitos proterozoicos.
Debido a que las puntas de los pilotes históricos descansan sobre el techo de los depósitos vendienses de Kotlin (aproximadamente -12,0 m), la estructura es insensible a cualquier proceso de deformación local en los depósitos cuaternarios.
Conclusión
La construcción del castillo Alejandro I en 1837‑1844 en el golfo de Finlandia puede considerarse un milagro geotécnico de la época, que fue posible gracias a la Escuela de Ingeniería Rusa fundada por A. Betancourt. La búsqueda cuidadosa y la elaboración de soluciones de diseño, así como las investigaciones geológicas y de ingeniería exhaustivas, siguen siendo un modelo a seguir hoy, en la era de la alta tecnología. La construcción de castillos impresiona a los ingenieros de la era industrial. Hoy en día difícilmente podríamos construir un castillo en alta mar más rápido que nuestros antepasados hace casi 200 años. Esto nos lleva a ser más modestos sobre nuestros logros geotécnicos modernos. Por otro lado, el conocimiento histórico, su documentación e investigación son muy relevantes hoy en día para desarrollar un proyecto de adaptación de patrimonio histórico.
Referencias
1
Shashkin А. G., Voloboy С. А., Tikhomirova L. К., Chekster К. V. (2020). «Kronstadt castle Alexander I – masterpiece of Russian engineering of mid-XIX century». Geotechnics., n. º4, p. 42-59.
2
Russian Ministry of Culture. «Fortification facilities. Castle Alexander I» en Russian historical and cultural monuments (real-estate). Index 3.1.5–1.29.1. (28 pp.)
3
Autor colectivo (1890‑1907). Louis Barthélémy Carbonnier d’Arsit de Gragnac. En: Brokhaus and Efron encyclopedic dictionary in 86 vol. Petersburgo.
4
Autor colectivo (1890‑1907). Jean Antoine Maurice Destrem. En: Brokhaus and Efron encyclopedic dictionary in 86 vol. S. Petersburgo.
5
Technical report on implemented engineering-geological and engineering-ecological investigations in castle Alexander I, (1836-1845), eng. Lebedev V.P. San Petersburgo. Podzemstroykonstructsiya, LLC. 2016. 60p.
6
Technical-research documentation on engineering-technical examination of castle Alexander I. Vol. 4. 2009. San Petersburgo. 2007. 115 p.
Notas
1
Louis Barthélémy Carbonnier d’Arsit de Gragnac (1770‑1836). Inspector general del Cuerpo de Ingeniería de Transporte (desde 1811), director del Departamento de Construcción para Asuntos Marítimos, fundador y primer director de la Escuela de Construcción Militar (1821‑1824) construyó el castillo de Kronstadt Pedro I, supervisó las obras de construcción de la Sala Ecuestre de Moscú así como la erección de la columna de Alejandro en la plaza del Palacio.
2
Jean Antoine Maurice Destrem (1787-1855) se graduó en la École des Ponts et Chaussées de París en 1810. Desde marzo de 1812 fue profesor de Mecánica en el Instituto de Vías de Comunicación del Cuerpo dirigido por A. Betancourt y escribió libros de texto sobre Mecánica. En 1820 fue nombrado director del II Distrito de Transportes y en 1834, presidente del Consejo de Transportes. Fue miembro del Comité de Construcción del Puente Nikolayevsky y del ferrocarril San Petersburgo‑Moscú.