Arthur Casagrande: Toprağı Ölçülebilir Kılan Adam

Dünyadaki her zemin laboratuvarında, bir kam mekanizmasına monte edilmiş küçük bir pirinç kap bulunur. Kabı ıslak kil ile doldurur, ortasına bir oluk açar ve oluk kapanana kadar kabın sürekli olarak sabit bir mesafeye düşmesini sağlayan bir kolu çevirirsiniz. Darbe sayısı size toprak hakkında kesin bir bilgi verir. Arthur Casagrande (Arthur Casagrande) bu cihazı yapmadan önce mühendisler kili parmakları arasında yoğurarak fikir yürütürlerdi. Sonrasında, farklı kıtalardaki iki laboratuvar aynı toprağı test edip aynı sonucu alabiliyordu. Bu, temel mühendisliğinin bir zanaat olmaktan nasıl çıktığının hikayesinin kabaca özetidir.

Ajdovščina, Viyana ve Keman

Casagrande, 28 Ağustos 1902'de o zamanlar Avusturya-Macaristan İmparatorluğu'nun bir parçası olan ve günümüzde Slovenya sınırlarında bulunan Ajdovščina'da (Ajdovščina) doğdu. Mühendisliğe yönelmeden önce çocukluğunda keman dahisiydi ve zaten bu mesleği icra eden bir aileden geliyordu. Okuldaki ilk yılını Linz'de (Linz) tamamladı, Trieste'ye (Trieste) taşındı, Realschule'den (Realschule) mezun oldu ve 1924'te Viyana'daki Technische Hochschule'de (Technische Hochschule) inşaat mühendisliği derecesini aldı, ardından hidrolik laboratuvarında Profesör Schaffernak'ın (Schaffernak) tam zamanlı asistanı olarak kaldı.

Babası aynı yıl öldü. Savaş sonrası Avusturya-Macaristan yıkılmıştı ve genç mühendisler için iş yoktu, bu yüzden 1926'da annesinin ve profesörünün itirazlarına rağmen New York'a giden bir gemiye bindi.

Tesadüfi Bir Karşılaşma

Amerika onu hemen kucaklamadı. New Jersey'deki Carnegie Steel'de (Carnegie Steel) çelik detaylandırma mühendisi olarak çalıştı. Daha sonra, MIT'de bir pozisyon için mülakata girdiğinde, zemin mekaniğinin tüm teorik temelini henüz icat etmiş olan Avusturyalı mühendis Karl Terzaghi (Karl Terzaghi) ile tanıştı ve anında Terzaghi'nin özel asistanı olarak iş teklifi aldı.

1926'dan 1932'ye kadar Casagrande, MIT'de görevli olarak ABD Kamu Yolları Bürosu (US Bureau of Public Roads) bünyesinde araştırma asistanıydı ve Terzaghi için zemin testleri yürütüyordu. Terzaghi 1929'da Viyana'ya döndüğünde, Casagrande onunla birlikte giderek bir zemin mekaniği laboratuvarı kurdu, diğer Avrupa laboratuvarlarını gezdi ve yaşayan hemen hemen herkesten daha fazla genç disiplinin pratik yönünü bilerek MIT'ye geri döndü.

Toprağı Ölçülebilir Kılmak

Terzaghi teoriyi sağladı. Casagrande ise enstrümanları sağladı ve aradaki fark göründüğünden çok daha önemli.

Toprak üretilmiş bir malzeme değildir. Birbirinin aynısı gibi görünen iki kil, bir binanın altında tamamen farklı davranabilir ve 1930'lara kadar farkı tanımlamak için üzerinde anlaşmaya varılmış bir yöntem yoktu. Kil su aldıkça farklı durumlardan geçer: kuru olduğunda kırılgandır, ortada plastik gibidir ve doygun olduğunda aslında sıvıdır. Bu durumlar arasında geçiş yaptığı su içerikleri - Atterberg limitleri (Atterberg limits) - onu faydalı bir şekilde karakterize eder. Ancak bunları ölçmek test edenin parmaklarına ve yargısına bağlıydı.

Casagrande'nin MIT'deki laboratuvarı, nesnellik için bir dizi cihaz üretti: likit limit cihazı, hidrometre testi, yatay kılcal test, sıkışmayı ölçmek için odometre ve kesme kutusu. Üç eksenli kesme testini Amerika Birleşik Devletleri'ne getirdi, kesilme sırasında toprağın hacminin nasıl değiştiğini inceleyen ilk kişilerden biriydi, drenajsız kesme sırasında taneler arasındaki su basıncına ne olduğunu fark etti ve mühendislerin bugün hala kilin ön konsolidasyon basıncını hesaplamak için kullandıkları prosedürü geliştirdi - bu, jeolojik geçmişinde taşıdığı en büyük yüktür ve yeni bir yük altında ne kadar çökeceğini belirler.

İkinci Dünya Savaşı sırasında tüm bunları, herhangi bir toprağın mühendislik davranışını tahmin eden bir kategoriye atanabilmesi için Ordu Mühendisler Birliği (Army Corps of Engineers) ve Islah Bürosu (Bureau of Reclamation) için sınıflandırma sistemlerine dönüştürdü. Bu ilke, Birleşik Zemin Sınıflandırma Sistemi (Unified Soil Classification System) olarak yaşamaya devam ediyor.

Harvard

1932'de yardımcı doçent olarak Harvard'a katıldı ve Terzaghi'nin ısrarı üzerine, o zamana kadar sahip olmadığı doktora derecesini aynı yıl Viyana Teknik Üniversitesi'nde tamamladı. Harvard'da, savaştan sonra on iki öğrenciden seksenin üzerine çıkan bir zemin mekaniği lisansüstü programı kurdu ve 1946'da yeni oluşturulan zemin mekaniği ve temel mühendisliği kürsüsüne atandı. Programın laboratuvar çalışmalarına ve sızıntı analizine verdiği önem, dünya çapında kopyalanan bir model haline geldi. 1942 ve 1944 yılları arasında, Mühendisler Birliği için havaalanı inşaatı üzerine dört haftalık yoğun kurslar vererek yaklaşık dört yüz ordu subayını eğitti.

En etkili organizasyonel çalışması daha önce geldi. 1936'da Birinci Uluslararası Zemin Mekaniği ve Temel Mühendisliği Konferansı'nı topladı - Terzaghi'nin bile denemek için çok riskli olduğunu düşündüğü bir fikir. Başarılı oldu, zemin mekaniğini inşaat mühendisliği için vazgeçilmez kıldı ve günümüzde Uluslararası Zemin Mekaniği ve Geoteknik Mühendisliği Derneği (International Society for Soil Mechanics and Geotechnical Engineering) olarak bilinen kuruluşu doğurdu; Casagrande 1961'den 1965'e kadar bu derneğin başkanlığını yaptı.

Sıvılaşma ve Barajlar

Eğimlerin ve toprak dolguların stabilitesini etkileyen kohezyonsuz zeminlerin özelliklerine ilişkin 1936 tarihli makalesi, alan için kendi adlandırdığı bir fenomeni ele alıyordu: sıvılaşma (liquefaction).

Mekanizmayı açıkça belirtmek gerekir, çünkü insanlar ölüyor. Yeraltı su seviyesinin altındaki gevşek kum, boşluklarında su bulunan tanelerden oluşan bir iskelet gibi oturur. Onu sallayın - bir deprem, bir patlama, hızlı yükleme - taneler daha yoğun bir paketlenmeye yeniden düzenlenmeye çalışır. Su yeterince hızlı kaçamaz, bu yüzden yükü üstlenir. Gözenek suyundaki basınç yükselir, taneler birbirine baskı yapmayı bırakır ve birkaç saniye boyunca zemin hiçbir güce sahip olmaz. Ağır bir sıvı gibi davranır. Binalar batar; toprak barajlar akar gider.

Casagrande kariyerinin geri kalanını buna ve sızıntı çalışmalarına adadı; üç kıtadaki toprak barajlar, Boston'daki Logan Havalimanı'nın (Logan Airport) temelleri, Panama Kanalı setleri üzerindeki atom patlaması yüklemesinin etkisi ve Teton Barajı (Teton Dam) arızası soruşturması üzerine danışmanlık yaptı. Karakteristik olarak, daha sonra 'sıvılaşma' kelimesini genel bir terim haline getirmek yerine, gerçek akış üreten şiddetli gerinim yumuşaması vakalarıyla sınırlı tutulmasını savundu.

Arthur Neden Dahi Olarak Adlandırılır

İddia, belirli ve küçümsenmiş bir zeka türüne dayanır: bir bilimin miktarları iki kez aynı şekilde ölçülemedikçe imkansız olduğunu bilmek. Terzaghi kavramları üretti; Casagrande ise normal mühendislerin bunları kullanmasını sağlayan testleri, aparatları, sınıflandırmayı ve öğretim programını üretti ve ardından alanın kendi içinde tartışabileceği uluslararası kurumu inşa etti. Hocasının tavsiyesine aykırı olarak 1936 konferansını toplamak hayatındaki belirleyici karardı ve haklıydı. Aletleri doksan yıl sonra hala tezgahta duruyor, bu çoğu teorinin sahip olduğundan daha uzun bir çalışma ömrüdür.

Dürüst karşı tez, onun ikinci adam olduğu ve büyük ölçüde öyle kaldığıdır. Zemin mekaniğinin temel teorisi - efektif gerilme, konsolidasyon - Terzaghi'nindir ve büyük kavramsal sıçrama Casagrande'nin değildi. Kendi katkıları ampiriktir: prosedürler, cihazlar, sınıflandırmalar ve korelasyonlar; son derece yararlı ama kanun değil. En seçkin onurunun, öğretmeni adına verilen Karl Terzaghi Ödülü'nün (Karl Terzaghi Award) ilk sahibi olması, sessizce çok şey anlatıyor. Ayrıca Harvard'a doktora olmadan geldi ve sadece Terzaghi istediği için doktora yaptı. Teori mucitlerine kıyasla daha küçük bir figürdür; ancak binaların yıkılıp yıkılmaması sorunu karşısında daha önemli olabilir.

Miras

Casagrande 6 Eylül 1981'de öldü. İngiliz Geoteknik Derneği'nin (British Geotechnical Association) ilk Rankine Konuşmacısı (Rankine Lecturer) ve Amerikan İnşaat Mühendisleri Derneği'nin (American Society of Civil Engineers) Terzaghi Konuşmacısıydı ve genç geoteknik mühendislerini destekleyen Arthur Casagrande Profesyonel Gelişim Ödülü (Arthur Casagrande Professional Development Award) onun adını taşır. İnşa etmesine yardımcı olduğu disiplin, artık yumuşak zemin üzerine bir kule bloğu dikmenin sıra dışı olmadığı gerçeğinin nedenidir. Pirinç kap da hala oradadır, değişmemiştir ve tam olarak tasarladığı işi yapmaktadır.