ארתור קזגרנדה: האיש שהפך את האדמה למדידה
בכל מעבדה לקרקע בעולם מונחת כוס פליז קטנה המותקנת על גבי זיז. ממלאים אותה בחרסית רטובה, חורצים חריץ באמצע ומסובבים ידית כך שהכוס נופלת למרחק קבוע, שוב ושוב, עד שהחריץ נסגר. מספר המכות אומר לך משהו מדויק על הקרקע. לפני שארתור קזגרנדה (Arthur Casagrande) בנה את המכשיר הזה, מהנדסים העריכו חרסית על ידי לישתה בין אצבעותיהם וגיבוש דעה. לאחר מכן, שתי מעבדות ביבשות שונות יכלו לבחון את אותה הקרקע ולקבל את אותה התוצאה. זהו בערך כל הסיפור של האופן שבו הנדסת ביסוס חדלה מלהיות מלאכת יד.
אידריצ'ה, וינה וכינור
קזגרנדה נולד ב-28 באוגוסט 1902 באיידובשצ'ינה (Ajdovščina), שהייתה אז חלק מאוסטרו-הונגריה וכיום נמצאת בסלובניה. הוא היה ילד פלא בנגינה בכינור לפני שפנה להנדסה, והוא הגיע ממשפחה שכבר עסקה במקצוע זה. הוא למד את שנת הלימודים הראשונה שלו בלינץ, עבר לטריאסטה, למד בבית ספר ריאלי (Realschule) וסיים לימודי הנדסה אזרחית בטכניון של וינה (Technische Hochschule) בשנת 1924, שם נשאר כעוזר במשרה מלאה של פרופסור שפרנאק במעבדה להידראוליקה.
אביו מת באותה שנה. אוסטרו-הונגריה שלאחר המלחמה קרסה ולא הייתה בה עבודה למהנדסים צעירים, לכן בשנת 1926, למרות התנגדותם של אמו ושל הפרופסור שלו, הוא הפליג לניו יורק.
מפגש מקרי
אמריקה לא הייתה נדיבה מיד. הוא עבד כמתכנן פלדה עבור חברת קרנגי סטיל (Carnegie Steel) בניו ג'רזי. לאחר מכן, בעת שהתראיין למשרה ב-MIT, הוא פגש את קרל טרזגי (Karl Terzaghi) – המהנדס האוסטרי שזה עתה המציא את כל הבסיס התאורטי של מכניקת הקרקעות – והוצעה לו עבודה במקום כעוזרו האישי של טרזגי.
מ-1926 עד 1932 היה קזגרנדה עוזר מחקר בלשכת הכבישים הציבוריים של ארה"ב, שהוצב ב-MIT, וביצע בדיקות קרקע עבור טרזגי. כאשר טרזגי חזר לווינה ב-1929, קזגרנדה הלך עמו כדי להקים מעבדה למכניקת קרקעות, סייר במעבדות אירופיות אחרות וחזר ל-MIT כשהוא יודע על הצד המעשי של התחום הצעיר יותר מכל אדם חי אחר.
הפיכת הקרקע למדידה
טרזגי סיפק את התאוריה. קזגרנדה סיפק את המכשירים, וההבדל משמעותי יותר מכפי שהוא נשמע.
Twenty questions, eight minutes on the clock, and a percentile measured against everyone who has taken it. No sign-up.
Take the IQ test →אדמה אינה חומר מיוצר. שתי חרסיות שנראות זהות יכולות להתנהג בצורה שונה לחלוטין תחת מבנה, ועד שנות ה-30 לא הייתה דרך מוסכמת לתאר את ההבדל. חרסית עוברת דרך מצבים כשהיא סופחת מים: שבירה כשהיא יבשה, פלסטית באמצע, ונוזלית למעשה כשהיא רוויה. תכולת המים שבה היא חוצה בין מצבים אלו – גבולות אטרברג (Atterberg limits) – מאפיינת אותה בצורה שימושית. אך מדידתם הייתה תלויה באצבעותיו ובשיקול דעתו של הבודק.
המעבדה של קזגרנדה ב-MIT ייצרה מערכת שלמה של אובייקטיביות: מכשיר גבול הנזילות, בדיקת ההידרומטר, בדיקת הנימיות האופקית, האודומטר למדידת דחיסה, ותא הגזירה. הוא הביא את בדיקת הגזירה הטריאקסיאלית לארצות הברית, היה בין הראשונים לחקור כיצד נפח הקרקע משתנה בעת גזירה, זיהה מה קורה ללחץ המים בין הגרגרים במהלך גזירה ללא ניקוז, ופיתח את ההליך שמהנדסים עדיין משתמשים בו כדי לחשב את לחץ הקדם-קונסולידציה של חרסית – העומס הגדול ביותר שנשאה אי פעם בעברה הגיאולוגי, הקובע כמה היא תשקע תחת עומס חדש.
במהלך מלחמת העולם השנייה הוא הפך את כל אלו למערכות סיווג עבור חיל ההנדסה של הצבא ולשכת הטיוב, כך שניתן היה להקצות לכל קרקע קטגוריה שחזתה את התנהגותה ההנדסית. עיקרון זה שרד כמערכת הסיווג האחיד לקרקעות (Unified Soil Classification System).
הרווארד
הוא הצטרף להרווארד ב-1932 כמרצה, ועל פי דרישתו של טרזגי קיבל דוקטורט מהטכניון של וינה באותה שנה, לאחר שעד אז לא החזיק באחד. בהרווארד הוא בנה תוכנית לתארים מתקדמים במכניקת קרקעות שגדלה משנים-עשר סטודנטים ליותר משמונים לאחר המלחמה, וב-1946 קיבל קתדרה שנוצרה זה עתה במכניקת קרקעות והנדסת ביסוס. הדגש של התוכנית על עבודת מעבדה וניתוח חלחול הפך למודל שזכה לחיקוי בכל העולם. בין 1942 ל-1944 הוא העביר כארבע מאות קציני צבא בקורסים אינטנסיביים של ארבעה שבועות בבניית שדות תעופה עבור חיל ההנדסה.
פעולת הארגון המשמעותית ביותר שלו הגיעה מוקדם יותר. בשנת 1936 הוא כינס את הכנס הבינלאומי הראשון למכניקת קרקעות והנדסת ביסוס – רעיון שטרזגי עצמו חשב למסוכן מדי לניסיון. זה הצליח, זה ביסס את מכניקת הקרקעות כחיונית להנדסה אזרחית, וזה הוליד את מה שהוא כיום האגודה הבינלאומית למכניקת קרקעות והנדסה גאוטכנית, שקזגרנדה שימש כנשיאה משנת 1961 עד 1965.
התנזלות וסכרים
מאמרו משנת 1936 על המאפיינים של קרקעות ללא לכידות המשפיעים על יציבות מדרונות ומילוי עפר התייחס לתופעה שהוא נתן לה שם בתחום: התנזלות (liquefaction).
המנגנון ראוי לציון ברור, כי הוא הורג אנשים. חול רופף מתחת למפלס מי התהום יושב כשלד של גרגרים עם מים ברווחים. טלטלו אותו – רעידת אדמה, פיצוץ, העמסה מהירה – והגרגרים מנסים להסתדר באריזה צפופה יותר. המים אינם יכולים לברוח מהר מספיק, ולכן הם נושאים בעומס במקום. הלחץ במים שבנקבוביות עולה, הגרגרים מפסיקים ללחוץ זה על זה, ולמשך כמה שניות לקרקע אין כלל חוזק. היא מתנהגת כנוזל כבד. בניינים שוקעים; סכרי עפר זורמים משם.
קזגרנדה בילה את שארית הקריירה שלו על כך ועל חלחול, בייעוץ בנושאי סכרי עפר בשלוש יבשות, על יסודות נמל התעופה לוגן בבוסטון, על השפעת העמסה מפיצוץ אטומי על סוללות תעלת פנמה, ועל החקירה של כשל סכר טטון (Teton Dam). באופן אופייני, הוא טען מאוחר יותר להגבלת המילה התנזלות למקרים של ריכוך מאמץ דרסטי המייצר זרימה אמיתית, במקום לתת לה להתרחב למונח כללי.
מדוע ארתור נחשב לגאון
הטענה נשענת על סוג ספציפי וממעט בערכו של אינטליגנציה: הידיעה שמדע הוא בלתי אפשרי עד שניתן למדוד את כמויותיו באותה דרך פעמיים. טרזגי יצר את המושגים; קזגרנדה יצר את הבדיקות, את המכשירים, את הסיווג ואת תוכנית ההוראה שאפשרו למהנדסים רגילים להשתמש בהם, ולאחר מכן בנה את המוסד הבינלאומי שדרכו התחום יכול היה להתווכח עם עצמו. כינוס הכנס ב-1936 נגד עצת המנטור שלו היה השיפוט המכריע בחייו, והוא היה נכון. המכשירים שלו עדיין על השולחן תשעים שנה לאחר מכן, שזהו אורך חיים עבודה ארוך יותר ממה שרוב התאוריות מצליחות להשיג.
טיעון הנגד הכן הוא שהוא היה, ונשאר במידה רבה, האדם השני בחשיבותו. תאוריית היסוד של מכניקת הקרקעות – מאמץ אפקטיבי, קונסולידציה – היא של טרזגי, והקפיצה המושגית הגדולה לא הייתה של קזגרנדה. תרומותיו שלו הן אמפיריות: נהלים, מכשירים, סיווגים ומתאמים, שימושיים מאוד אך לא חוקים. יש משהו מעיד בשקט בעובדה שהפרס המכובד ביותר שלו היה להיות המקבל הראשון של פרס קרל טרזגי, על שם מורהו. הוא גם הגיע להרווארד ללא דוקטורט ולקח אחד רק בגלל שטרזגי אמר לו לעשות זאת. בהשוואה לממציאי תאוריות הוא דמות משנית; בהשוואה לשאלה האם בניינים יפלו, ייתכן שהוא חשוב יותר.
מורשת
קזגרנדה מת ב-6 בספטמבר 1981. הוא היה המרצה הראשון בסדרת הרצאות רנקין (Rankine Lecturer) של האגודה הגאוטכנית הבריטית ומרצה טרזגי של האגודה האמריקאית להנדסה אזרחית, ופרס הפיתוח המקצועי על שם ארתור קזגרנדה, התומך במהנדסים גאוטכניים צעירים, נושא את שמו. התחום שהוא עזר לבנות הוא כיום הסיבה לכך שזה לא ראוי לציון להציב גורד שחקים על קרקע רכה. כוס הפליז עדיין שם גם היא, ללא שינוי, עושה בדיוק את מה שהוא תכנן אותה לעשות.