Historia de La Ingenieria

5/14/2018 Historia de La Ingenieria

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Unlogro ejemplar de la ingenierio

El ed~ficio.d~l Laboratorio Nacional del Acelerador Fermi en el Laboratorio ArgonneBatavia, IllI~OlS,ofre~eunmarco surrealista para los experimentos nucleares avanzados qu~han producido ene~gIaspartic?lares t a : n elevadas como 500mil millones de electr6n-volts.(Cortesfa del American Council ofEngineering Companies.)

HISTORIADE LA INGENIERIA

1.1 INTRODUCcrON

La ingenieria no naci6 par decreta real ni fue creada por manda ta legi sl ativo.Ha evolucionado y se ha desarrollado como arte pract ice y profesi6n durantemas de 50 siglos de hi stori a esc rita. En un sentido amplia, sus raices puedenrastrearse hasta los albares de la civilizaci6n, y su progreso es paralelo al de lahumanidad.Nues tros antiguos antepasados intentaron contralar y usar los materiales yl as fuerzas de la na turaleza para el beneficia publico, igua l que como se haceactualmente. Estudiaron y abservaron las leyes de la naturaleza y desarrolla-ron un conocimiento de las matemat icas y la ciencia que no poseia la gente co-mun. Aplica ron este conocimiento con prudenc ia y crit erio a fin de satisfacerlas necesidades sociales mediante puertos , caminos, edificios, obras de irr iga-ci6n y control de avenidas, y otras construcciones creativas.Las invest igaciones his t6ricas de la ingenieria nos enseiian a respetar el pa-sado y sus logros. Nos ayudan a obse rva r el presente ala luz del pasado, paradiscerni r tendencias y evaluar las razones de los grandes cambios que han ca-racterizado el progreso humano. Al examinar las raices de la ingenier ia , pede-mos sentir el extenso curso de la his toria y observar el presente como parte delmismo, Esto nos ayuda a situar el presente en su contexto y a adoptar una vi-s i6n mas clara de nuestros objet ivos, aspiraciones y acciones. (1)Ast, el objetivo de este capitulo es trazar brevemente el desarrollo de laingenie ria desde las epocas mas antiguas de las que S8 t iene registro hasta la

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actual idad. Por supuesto que esto es una gran tarea y, contando con un espa-c'io limitado, tan s610 puede hacerse un breve esbozo de los hitos en la his-toria de la ingenieria. Se exhorta al lector a consultar las referenciasinc luidas a l fina l de este capi tulo para un tratamiento mas completo de esteimportante tema.

1.2 LA INGENIERIA EN LAS ANTIGUAS CIVILlZACIONES:MESOPOTAMIADebe darse cr!di to a los antiguos habitantes de Mesopotamia, lat ier ra entre losrios Tigris y Eufrates, actualmente el pais de Irak, por logros de ingenieria re-levantes. Se dice que en esa regi6n apareci6 por primera vez la carreta de dosmedas. (2) AI sur de Mesopotamia, en el inicio de la his toria escri ta , el antiguoy mister ioso pueblo sumerio construy6 canales, templos y ciudades amuralla-das , las cuales const ituyeron las primeras obras de ingenieria del mundo. (3)La t ie rra de Mesopotamia estaba expuesta a ataques desde el norte, el este yel oeste , y su historia es un confuso registro de conquistas y ocupaciones porlos pueblos vecinos. (4) Los gobernantes mas prominentes de la antigua Meso-potamia fueron los babilonios y los asirios .

Se han descubierto y descifrado regis tros inscri tos en tabletas de arcil la quepermiten hacerse una idea de c6mo era la vida en esa region hace miles de afios .Estos regis tros indican que ya en el ano 2000 a.C., se utilizaba en las observacio-nes astronomicas un aparato para medir angulos, l lamado astrolabio. Este ins-"trumento, que consist ia en un circulo graduado y un brazo para visar , sebasaba 'ien el s istema numerico sexagesimal que usaban los mesopotamicos. Este s is te-ma se ha conservado has ta nuestros dfas para mediciones de tiempo y angulos ,EI tipo mas sorprendente de est ruc tura legada por los mesopotamicos es e lziguxai, una torre piramidal construida en honor de sus dioses. EI zigurat erauna piramide con terrazas de ladri llo con escale ras y un adoratorio 0 capill aen la parte superior. Se cree que la Torre de Babel mencionada en e l AntiguoTes tamento fue una estructura de este t ipo.Hammurabi, el gran rey que gobem6 Babilonia durante 43 afios (alrededorde 1850 a 1750 a.C.), compi l6 el c6digo de leyes comple to que l leva su nom-bre. Este famoso c6digo preve sanciones para quienes permitieran malas prac-ticas de construcci6n y se le considera el antecesor de los reglamentos deconstrucci6n de la actualidad.H I Ccdigo de Hammurabi suministraba un importante mensaje que teniaque ver con e l aseguramiento de la cal idad y la responsabil idad profesional, eimponia penas muy severas por su violaci6n. Decia:

Si un constructor construye una casa para una persona y no hace quesu construcci6n sea firme y la casa que ha construido se derrumba y cau-sa 1amuerte del ptopietario de la coso, ese constructor sera ejecutado.Si causa la muerte del bi jo de l propieiario de la casa, un hijo del cons-tructor sera ejecutado.

..~Si causa la muerte del esc1avo del propietor io de la casa, el construc-tor dard ol ptopietario de 1a casa un esclavo de igual valor.Si destruye propiedad, testituira lo que haya destruido, y debido a queno hizo la casa que construy6 en forma firme y se derrumb6, reconstrui-ra por su cuenta la casa que se derrumb6.Si un constructor construye una casa para una persona y no hace quesu constiuccion cumpla con las estipulaciones y un mura se dettuinba,el constructor reforzaxa el mura sufragando los costos.

No es extrano que los pueblos que habi taban los val les del Tigris y el Eufratesdesarrollaran obras importantes de irr igaci6n y control de avenidas. Actual-mente en Irak aun puede encont rarse evidencia de canales abandonados porlos limites de terraplenes, lagos y corr ientes. EINahrwan, un canal de 120 me-tros de anchura, se extendia generalmente paralelo al r io Tigris una dis tanciade 320 kilometres, (3) irrigando un area que tenia una anchura promedio de30 kil6metros. (5) Los habitantes de Mesopotamia uti lizaron imponentes pre-sas de mamposteria para desviar pequeiios tributarios hacia el canal .Durante el reinado de Senaquerib, los asirios terminaron (alrededor del afio700 a.C.) el primer ejemplo notable de un abastecimiento publico de agua.Construyeron un canal alimentador de 48 kil6metros de longitud que llevabaagua dulce desde las col inas del monte Tas hasta e l r io Khosr, mediante el cua lera conducida 24 kilometres mas hasta Ninive, En Jerwan se construy6 unacueducto e levado de piedra labrada para hacer pasar el canal abierto sobreuna pequena corriente. Esta famosa estructura tenia una longitud de 263 me-

I tros, 21 metros de anchura y 8.5 metros en su punto mas alto. (6) Sostenia uncanal de aproximadamente 15metros de anchura y cerca de 1.5metros de pro-fundidad. (2) El canal estaba cimentado sobre una gruesa capa de concreto, elprimer uso conocido de este material de construcci6n.

1.3 LA INGENIERIA EN LAS ANTIGUAS CIVILIZACIONES: EGIPTOEn la antigua civil izaci6n egipcia surgieron exper tos en planificaci6n y cons-trucci6n. Estos precursores de la ingenieria ocupaban posiciones privilegiadas.como consejeros de confianza de los reyes egipcios. La persona que tenia estepuesto era un experto en construcci6n general que era conocido como el"maes tro de obras" del rey. (Vease la f igura 1.1.)

Figura 1.1 Jeroglfficos del antiguo Egipto cuyatraducci6n es "maestro de obros", (Cortesia de 1aAmerican "Society of Civil Engineers.)


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Figura 1.2 Cuadrilla de topograjfa y c ficiales que usan una "cuerda de medic i6n" enrol lada;pintura mural de un super int enden te egipcio que data , aproximadament e, del ai io 2000 a.C.(Cortesi a de la American Society of Civil Engineers.)

Estos antiguos ingenieros/arquitectos practicaron la forma conocida mas anti-gua de la topografia, desarrollaron eficaces sistemas de irrigaci6n y construyeronnotables edificios de piedra. Lainundaci6n anual del Nilo creaba laneces idad derestablecer los linderos de los terrenos. Para hacer estos levantamientos, los inge-nie ros egipc ios usaban secciones de cuerda que habfan sido humedecidas enagua, secadas y luego recubiertas can un material de cera para asegurar una lon-gitud constante. (Vease la figura 1.2.) Tambien pudieron haber usado instrumen-tos primitivos de topografia, aunque no se ha encontrado ninguno. (7)Se sabe que ya en el an o 3300 a.C., los egipcios desarrollaron y mantuvie-ron en operac i6n un extenso sistema de diques, cana les y sistemas de drena-je. (8) Una gran masa de gente poblaba el angosto y fertil valle del Nilo, y senecesit aban obras de irrigaci6n para mantener a la gran poblac i6n y explota rel arte de la agricultura. El rio tambien servia como el principal media detransporte, ya que los caballos, los vehiculos can ruedas y los carninos fuerondesconocidos en Egipto hasta aproximadamente 1785 a.C. (8)Los ingenieros del antiguo Egipto buscaban construir las estructuras mas al-tas, anchas y duraderas que el mundo [amas viera. Sus palacios, templos ytumbas fueron disef iados como simbolos del poder triunfante y eterno.Las obras mas conocidas de los constructores egipcios son las piramides. Laprimera de ellas fue la piramide escalonada de Sakkara, construida por Imho-tep como sepulcro del gobernante Zoser aproximadamente en 2980 a.C. (Vea-se la f igura 1.3.) El di se fio de las piramides evolucion6 a partir de las tumbasconocidas como mastabas, como se ilust ra en la figura 1.4. Los antiguos egip-cios consideraban la tumba de l rey como una casa donde viviri a despues de lamuerte, ya lgunas de las mastabas mas e laboradas contenian varies cuartos yce ldas de almacenamiento, donde se colocaban a limentos y armas muy cercadel gobernante muerto y su familia. La piramide escalonada de Zoser estaconst ituida en rea lidad por sei s mastabas, l a segunda const ru ida encima dela primers , la tercera encima de la segunda, y asi sucesivamente. Se conjeturaque Imhotep haya construido quiz a s las mastabas una encima de la otra a fin

Figura 1.3 Lapittunide escalonada en Sokkam, construida por Imhoteppara e lgobernante Zoser en 2980 a.C. (Cortesia de laBiblioteca delCongreso.)

de evitar que los saqueadores de tumbas excavaran, como comUrrmente 10 ha-clan, desde la pa rte superior para entrar en el edi ficio. (8)'Ires pi ramides se yerguen todavia en la margen occidenta l del rfo Nilo enGiza como recordatorios de las ext raordina rias habilidades de ingenierfa de

14 7 m e t r o s

61 m e t r o s

G r an P ir am i de d e G iz a2 9 00 a . C .M a s t a b a

5akkara2980 ac .

Figura 1.4 Dibujo que muestra la evo1uci6n de la pirdmide. (Fuente: IX Finch, "The EngineerThrough the Ages: Egypt , Part I", en Civil Engineering, febrero de 1957.)


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los egipcios. La piramide mas grande, conocida como la Gran Piramide 0Pira-.mtde de Keops, tiene aproximadamente 147 metros de altura y su base eubremas de 5 hectareas. (2) La piramide esta construida con mas de 2 mi llones debloques de piedra con un peso promadio de 2.5 toneladas. Algunos de los blo-ques interiores pesan mas de 30 toneladas.Herodoto, el his toriador griego que vis ito Egipto en el s iglo v a.C., refui6 quefueron necesarios 100,000 hombres que trabajaron 20 anos en periodos de t resmeses para eonstruir la piramide. (6) Los bloques de piedra se llevaban flotandohasta el sitio por una estructura elevada construida para ese proposito, Utilizan-do cuerdas, palaneas, rodil los, t rineos de madera, rampas de tierra y cineeles decobre, los trabajadores egipeios construyeron la piramide con estandares de inge-nierfa precisos y estrictos. Las hiladas inferiores de esta notable estructura estancolocadas con juntas que miden 25 diezmilesimas de centimetro.

1 .4 CONTRIBUCIONES DE LOS GRlEGOSAproximadamente a par tir de 600 a.C., el estilo de vida y de pensamiento delos griegos predominaron en la region oriental del Mediterraneo. Se reeuerdaa los griegos especialmente por su Iogica abs tracta y su capacidad para teori-,~zar y sintetizar el conocimiento del pasado. (1) Sus aportaciones en el arte, la ..~.~l iteratura y la f ilosoffa fueron a tal punto grandiosas que tienden a eclipsar sus~,contr ibuciones ala ingenieria. Eran proclives a centrarse principalmente en lateoria y Ie daban poco va lor ala experimentaci6n, a la verificaci6n y a las apli -cac iones practi cas. De heche, los grandes pensadores griegos sostenian quecualquier aplicaci6n de los frutos de la mente a las necesidades mate riales nomerecia dignidad ni respeto. (9)

Sin embargo, el arquitecton griego realize elpr imer avance notable hacia lacondicion de profesional. Reeibi6 reconocimiento como maestro constructor,asi como exper to en construcci6n con conocimiento y exper iencia que rebasa-ban el alcance del ciudadano promedio.La peninsula griega estaba tan fragmentada por cadenas montaf iosas que lacomunicacion por t ierra era dif fcil . Los griegos s~ volvieron hacia el mar paraconvert irse en los primeros grandes constructores de puer tos. Herodoto des-cribio un gran rompeolas 0 escollera que se construy6 para proteger el puertode Samos. El rompeolas tenia 365 metros de longi tud y se construyo en aguascon una profundidad de 35 metros. (3)Representa la primera construccion co-noc ida de un puerto a rtific ial , y llega ria a converti rse en un protot ipo para laplaneacion de puertos aun en los t iempos modernos. (10)El intsres de los griegos en la navegaci6n condujo poster iormente a la cons-trucci6n del primer faro del mundo: el Faro de Alejandria. (10) Esta estructu-ra de 110 metros de altura, const ruida aproximadamente en e l afro 300 a.C.,fue conocida como una de las Siete Maravi llas de l Mundo Antiguo.

Otra gran obra construida en la isla de Samos fue un tunel de 1ilometrode longitud horadado a traves de una colina de 275 metros bajo la direcci6n

del arquitecton Eupalino de Megara. (3, 10) El tunel principal , que se perforouti lizando herramientas manuales a traves de piedra caliza s61ida, tenia apro-ximadamente 1.7metros de anchura y de al tura. En el fondo del ttine l princ i-pal se excav6 un foso de 9 metros de profundidad y 90 centfmetros de ancho.Con ese foso se llevaba agua a la ciudad mediante tubos de arcilla. La cons-truccion del tunel se llev6 a cabo desde ambos ext remos, pero no se conocenlos metodos topograf icos que se usaron para ejecutar este trabajo.Durante la Edad de Oro de Grecia, elgobernante Per icles acometio un enor-me programa de construcci6n, concebido para hacer de Atenas la c iudad masbella sobre la Tierra. Contrat6 los servicios de art is tas destacados y exper tos enconstruccion de esa epoca para erigir t emples, santuarios y estatuas en laAcropolis, l a roca plana que domina la c iudad. Actualmente las minas de es-t as obras ofrecen una de las vistas mas notables del mundo.Los constructores de los templos griegos deben haber usado marcos de ma-dera y montacargas manuales que estaban equipados con cabrestantes y poleassimilares a las que seusan en los t iempos modernos. (10) Por el uso de colum-nas y vigas, los disef iadores mostraron un nivel de comprension estructuraldesconocido por los constructores anteriores.

1 .5 CONTRIBUCIONES DE LOS ROMANOSLos ingenieros mas famosos de la antigiiedad, los romanos, dedicaron mas re-cursos a las obras publ icas que sus predecesores. (3) Con mann de obra bara ta-que inc luia miles de esclavos- y abundante mate ria prima. construyeronarenas, caminos, acueductos, templos, vestfbulos, edificios de gcbierno, banosy foros piiblicos.Los estudiosos dividen la his toria de Roma en dos per iodos principales : 1)la Republica, que abarca desde 535 a.C., la legendar ia fecha de la fundacion deRoma, hacia el ano 24 a.C.; y Z) elImperio, que abarca desde 24 a.C., hasta 476d.C, (11) La Republica fue una era de conquista y explotac i6n de las extensasposes iones coloniales de Roma, epoca en la que los logros de ingenieria de Ro-rna se concentraban sobre todo en Itali a, El Imperio fue un periodo rslativa-.mente pacff ico en el cuallas obras publicae se extendieron has ta las colonias:hoy pueden encont ra rse vestigios de a lgunas de estas obras de ingenieria enEspana, Francia, Africa del Norte y el Cercano Oriente. (12)En contras te con los griegos, los romanos eran constructores pract ices quedependian mas de la experiencia que de la l6gica matematica y de la c iencia.Sus obras eran de un disefio simple pero de escala impresionante, y de unaejecuci6n audaz. (12)Desde cualquier punto de vis ta , en sus obras se enfat iza-ba mas la func ion que el aspecto a rtistico 0 estetico.Los cons tructores romanos tienen el credito de haber hecho contr ibucionessigni fi cat ivas a la ingenieria , que incluyen el desarrollo de metodos de cons-t rucci6n mejorados, e1 descubrimiento y el usa del cementa hidraul ico, y eldisef io de var ias maquinas de construccion, tales como hincadores de pilotes ,rna lacates pa ra norias y ruedas de madera con cangi lones. Estas til timas rna-


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c d . n : a m o-Figura 1.5 Rueda de cangilonesde madera que se usabapam dtenor las minas.(De Engineering in the AncientWorld,. de r G . Laudels,University of California Press,Berkeley yLos Angeles.)

quinas, que se i lustran en la figura 1.5, se usaban para desaguar minas y si tiosde construccion.Algunas de las obras de ingenie ria mas famosas de los romanos se deseri-ben brevemente en seguida:El Circa Maximo era una pista de carreras, en la cual se celebraban juegos y ..eompetencias . Se piensa que Tarquino Prisco, un antiguo rey de linaje etrusco~}y griego que goberno Roma en el siglo VI a.C., 10 construyo 0 10 amplio consi-derablemente. (11)La Via Apia fue el primero y mas famoso enlace de una red de caminos quese extendia radia lmente desde Roma. Denominada asf en honor de Apia Clau-dio, el censor de Roma en 312 a.C., el camino se dist inguia por su alineamientorecto , sus terraplenes elevados y la estructura superior del pavimento. En la f i-gura 1.6 se muestra una seccion de la Via Apia tal como se ve hoy en dia,

Figura 1.6 La Via Apia.(Cortesia de la OficinaEstatal de Turismo deIialia.}

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Figura 1.7 EIpuente de Alcantaraen Espat ia , constru ido en e1ana 98d.C., todav ia esui en uso .(Fotografia de Josep Giaganoiro,Gortesia de la Dficina Naciouol deTurismo de Espaiia.}

: La Aqua Apia, tambien denominada asf en honor de Apio Claudio, fue elprimer acueducto de primera importanc ia constru ido en Roma. Fue una obrade nivel bajo, principaImente subterranea, que se construy6 en un trinel 0me-diante construcci6n de cor te y cubierta. (12)El Pante6n fue un temple de extraordinaria majes tuos idad. Agripa, un bri-Han te ingeniero e hi jo adoptivo de Augusto, const ruy6 e l Panteon a lrededorde 17 a.C,Resint io dos incendios y fue reeonstruido par Adriano, quien gober-no durante el periodo de 117-138 d.C, El diametro inter ior del Pante6n es iguala su altura de 43 metros . Esta coronado con una boveda artesonada semiesfe-r ica de concreto. Conservado has ta la actualidad, e1Panteon encarna las obrasde ingeniena mas imaginativas de Roma. (11)El Puente de Alcantara, construido en Espaiia por el ingeniero Gayo Julio La-cer en 98 d.C., todavia esta en uso [vease la f igura 1.7). Tiene seis arcos de pie-dra y 183metros de longitud total . Lavial idad esta 53 metros arr iba del r io . (6)

El Pont du Gaid era parte de un antiguo acueducto que abastecfa de agua aNimes, en el sur de Franc ia. Construida bajo la di recci6n de Agripa duran te elreinado de Augusto [aproximadamente de 27 a.C. a 14 d.C.), esta imponenteestruc tura se edi fice con obra de mamposte ria seca , can excepci6n del cana lpara el agua en la parte superior. Tiene cerca de 50 metros de altura, y sus ar-cos mayores t ienen un claro de aproximadamente 25 metros. (13) El Pont duGard se ilustr a en la figura 1.8. ..


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Figura 1.B El Pont du Card. (Fuente: Theodore Schreiber, Atlas of Classical Antiquities,Macmillan Publishing Company.)

1.6 LA INGENIERiA EN LA EDAD MEDIADurante los cerca de ocho siglos que siguie ron ala caida del Imperio Romano,e l periodo conocido como la Edad Med ia, hubo re lat ivamente pocos avancese:q.la ingenieria. Hubo algun progreso en especial en el disef io estructural y ene l desa rrollo de maquinas y di sposi tivos para ahorrar energia y aumenta r lapotencia.

Ta l vez las estructuras mas interesantes de la Edad Media fueron las cate-drales g6ticas. Deellas se ha dicho que son algunas de " las construcciones masl ige ras y mas at revidas de 'con el mmimo de piedra' jamas erigidas por el hom-bre". (2) Estas estructuras altas y elegantes , con ventanas de vidrio de color , ar-cos centrales ojivales y muros altos y angostos apoyados lateraImente pormedios arcos, l lamados botareles con arbotantes, son evidencia del elevado ni-vel de competencia estructural de los ingenieros y arquitectos que las disef ia-ron, as! como de los diestros maestros de obra que las construyeron.Durante un per iodo en el cuallos grandes terratenientes buscaban protegersea sf mismos y a sus propiedades, se construyeron plazas fuertes 0 imponentescasti llo s. La plaza fuerte se caracteri zaba por gruesos muros, a lta s torres deprotecci6n y un ancho foso circundante que salvaba un tinico puente. Con la in-venci6n de la p61vora y los canones (aproximadamente en 1500 d.C}, laconstrucci6n de los cas ti llos medieva1es l leg6 a su f in .

Durante 1aEdad Media, los ingenieros bus caron reforzar 0 suplir las capaci-dades productivas de los seres humanos y de los animales imp1ementando y me-jorando maquinas que ahorran trabajo. El molino de viento se desarroll6 duranteesa spoca, y los mol inos de agua se mejoraron y se emplearon de nuevas mane-

ras . Las ruedas hidraulicas para impulsar molinos se uti lizaban en toda Europahacia 700 d.C, (14) Otros avances mecanicos que aparecieron en Europa duran-te 1aepoca medieval incluyen e l torno de h ila r a mano y e l t im6n de bisagra pa-ra los barcos. (1) Aproximadamente en 900 d.C., los vikingos habfandssarrcllado el arte de la construcci6n de barcos y descubierto Groenlandia. (14)El titulo de ingeniero apareci6 por primera vez durante la Edad Media(aproximadamente 1000-1200 d.C.) . El origen de las palabras " ingenio" e " in-genioso" proviene de la expresion la tina in generare, que significa "crear",(14)Entonces la persona que creaba 0 disef iaba las maquinas de guerra (engi-nes a/war) -ari etes, catapul ta s, torres de asal to y ot ras-ll eg6 a ser conoc idacomo el ingeniator 0 "ingeniero".Muchos de los disposi tivos, materiales y tecnicas de ingenieria mejoradosdurante la Edad Med ia aparec ie ron primero en el Le jano Oriente , espec ial -mente en China. Estos avances inc luyeron la invenci6n de la p61vora y el de-sarrol lo de procesos para la manufac tura de l papel , la fundic i6n del hie rro yIa fabricaci6n de textiles, (2)

1.7 EL AVANCE DE LA CIENCIA:1300-1750 d.C.~n las postrimerias de la Edad Media se hicieron avances signifi cat ivos en eltransports y las comunicaciones , que promovieron los descubr imientos cien-tff icos y acele raron la difusi6n de l conoc imiento. En el sig lo XI I I , los ingenie-ros-arquitectos i ta lianos inaugura ron una era moderna de construcci6n decanales mediante la invenci6n de la esclusa para canales. Poco tiempo despuesse construyeron redes de canales navegables en toda Europa. Durante este perio-do, t ambian se lograron avances en la navegaci6n y en la construcci6n de bar-cos ,y se construyeron muelles y puertos para el transporte Dceanico.Johann Gutenberg invento Ios t ipos m6viles y se lereconoce la impresi6n delprimer l ibro alrededor de 1450.1Esto hizo pos ible la difusi6n general izada deinformacion sobre temas diversos, incluyendo ciencia e ingenieria. Alrededordel aiio 1500 se estaban publicando libros sobre topografia, hidraulica, qunni-ca, minena, metalurgia y otros temas cientif icos y de ingenierfa.:', HI avance de la c iencia durante los siglos xv , XVI y XVII tuvo un gran impac-tosobre los desarrol los tecnologicos e industriales que s iguieron, y las contr i-DuCiones de los cientif icos de esa epoca ejercen inf luencia has ta la actualidad.Algunos de estos cientif icos y sus contr ibuciones al conocimiento cientif ico~on los siguientes.;.

. ' Leonardo da Vinc i (1452-1519), Gran arti st a, a rquit ec to y c ientifi co ex-perimental de l Renacimiento i tal iano; despleg6 un gran talento en mu-chas areas. Se le recuerda mas por sus di sefios conceptua les que par sustrabajos practices de ingenierfa.lEn Iapon seconocta 18 impres ion de l ibros con i lust raciones ya ene l .a iio 765 d .C ., y aiin mas antiguamente enChina. (14}


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Nicolas Copernico (1473-1543). Astronomo de ascendencia alemana ypolaca; fundo la astronomia moderna con su teorfa de que la Tierra es unplaneta en movimiento.Galileo (1564-1642). Astr6nomo y ffsico italiano; formula el metodacientif ico para lograr el conocimiento. Gali leo hizo el primer usa pract icodel telescopio para estudiar astronomfa, y se le reconoce el descubrimien-to de una ley famosa de la caida de los cuerpos.Robert Boyle (1627-1691). Qufmico y fisico irlandes: estudio la compre-sian y la expansion del aire y de otros gases y descubr io que el volumende un gas a tempera tura constante varia inversamente con su presion [leyde Boyle).Robert Hooke (1635-1703). Cientifico experimental ingles: formula unateorfa de la e lasticidad conocida como la ley de Hooke . La ley estableceque la cantidad de deformacion de un cuerpo e lastica es direc tamenteproporcional a la fuerza 0 al esfuerzo que acnia sobre 131.Sir Isaac Newton (1642-1727). Cientifico y matematico ingles; invent6el calculo dife rencial e integral, descubri6 los secre tos de la luz y de l co-lor y formula la ley de la gravitaci6n universal.Thomas Newcomen (1663-1729). Inventor ingles; const ruyo una de las .'pr imeras maquinas de vapor pract icas en 1712. Su maquina de vapor ala ,'presion atmosfer ica se us6 para bombear agua de las minas bri tanicas du-rante casi 75 afios, antes de se r reemplazada por la maquina mas efic ien- 'te de James Watt. ,'.

1.8 AVANCES DE LA INGENIERiA: 1750-1900 d.C.Durante los 150 afios que antecedieron al siglo xx, hubo avances en la mine-ria, la manufactura y el transporte. En la decada de 1760, James Watt invent6y construyo el modelo funcional de una maquina de vapor muy mejorada . Conel apoyo del industrial Matthew Boulton, construyo cientos de esas maquinas.(2) Hacia 1800, 500 de las maquinas de Boulton y Watt estaban en usa en In-glaterra, bombeando agua de las minas e impulsando la maquinaria en fundi -ciones y talleres textiles. (1) .

Hasta mediados de l siglo xvrn se habia usado carb6n de lefi a pa ra la fundi - ,."c ion del mineral de hierro. Debido ala escasez de madera para obtener el com-bust ible, l as fundic iones de hierro comenzaron a usar el coque , la forma masporosa y ligera de la hulla. La creciente demanda de coque cred la necesidad .de liberar de agua las minas de hul l a y condujo al desarrollo de bombas paraminas impulsadas por vapor. Pronto comenz6 a usarse la nueva fuente de po-tencia para impulsar la maquinaria en las fundidoras y para la operaci6n de .nuevas maquinas de soplado en el proceso de fundicion, (1, 2)En Inglaterra y Estados Unidos sehacian exper imentos can maquinas de va- "por para impulsar bates, y el primer barco de vapor fluvial con pa letas que tuvo .

exito comercial, el Clermont de Rober t Fulton, apareci6 en Estados Unidos en1807. (16) Mas tarde, en 1823, el ingles George Stephenson establecio una com-pallia de locomotoras en Newcastle y, dos anos despuss, demostr6 la factibi li -dad del transporte por ferrocarril impulsado por vapor. (17)Se lagro un gr~ progreso en el transporte durante el periodo 1780-1900. Seconstruy6 una extensa red de canales en Inglaterra durante las dos ult imas de-cadas de l siglo xvrn. El gran periodo de la construcci6n de canales en EstadosUnidos ocurri6 durante la primera mitad de l siglo XIX. Ejemplos de canalesconstruidos durante esta epoca son: (18)1817-1825 El canal Erie, de 585 kilometres de longitud, que conecta Erie,Pennsylvania y Buffalo, Nueva York.1828-1836 El canal Ohio, que se extiende desde Cleveland hasta Ports-mouth en el rio Ohio.1828-1850 EI canal Chesapeake y Ohio, que se extiende desde Washington,DC, hasta Cumberland, Maryland.Poco despues de la demost racion de Stephenson de la fac tibi lidad de l trans-porte por ferrocarril , hubo un crec imiento notable en los sistemas ferrovia-rios, En Estados Unidos, la extensi6n de las rutas de ferrocarril aumentodesde 56,000 kilometres al final de la Guerra de Secesi6n hasta 310,000 ki-lometros en 1900. (17) Hacia el inicio del siglo xx, e l si stema de ferrocarri-l es, e~ los Estados Unidos habia sido terminado para todos los proposi tospracticos.

Durante este periodo hubo avances en la tecnologia de la construccion decaminos. EIconstructor de carninos mas famoso de esta era fue el escoces JohnMacadam (1756-1836), quien desa rrol l6 un metodo de const ruccion de cami-no~ medi~te la compactaci6n de capas de piedra picada. Ademas de cons-t r u n : a?rQ)a~adamente 290 kilometres de carreteras pavimentadas, Macadamescribio vanes l ibros sobre construcci6n de carninos . Un contemporaneo esco-ces de Macadam, Thomas Telford, abogaba por la construcc ion de caminosusando grandes piedras planas colocadas de canto y con cufias para formaruna base s61~daque se rec.ubr ia con piedra picada y grava. Telford supervis6la construocton de aproxunadamente 1500 ki16metros de caminos y 1200puentes durante los pr imeros afios del siglo XIX. (2)Desde el punta de vista de los logros de la ingenierfa en el siglo XIX, el de-sa:rollo de la electricidad como fuente de energia se sittia como uno de losmas s ignificativos. Este logro se atr ibuye principalmente a los esfuerzos de nu-

merosos cient fficos e ingenie ros durante la segunda mi tad del siglo XIX. Sinemb~go, se alcanz6 con base en los descubrimientos de f is ieos de pr incipios~el s1g10XIX, quienes def inieron la naturaleza fundamental de la electricidad:. ombres como Georg Simon Ohm de Alemania, Alessandro Volta de Ita lia , yCharles Coulomb y Andre Ampere de Francia.el,En .seguida se presentan algunos de los hitos de l desarrollo de la energiaectrlca. Algunas fechas son aproximadas. ..


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Alessandro Volta invent6 la primera bateria electrica,Sir Humphry Davy descubri6 el electromagneti smo y la luz de arco.Michael Faraday demostr6 el proceso de la inducci6n magnetica.Tho~as A. Edis~n invent6 una bombil la incandescente pract ioa y des-cubno que l~s lamparas podfan conectarse en paraleIo, permitiendoque una 0mas se apagaran sin desconectar el sistema complete.La estaci6n de generaci6n de electri cidad de Edison en la calle Pearlse puso en operaci6n en la ciudad de Nueva York.Nikola Tesl.a obtuvo las patentes para un motor de inducci6n y paraun nuevo SIstema de corriente alterna polifasico.Despuss de fundar la compafua de electricidad Westinghouse en 1886George Westinghouse obtuvo un contrato para suministrar los genera-dores para el proyecto hidroe lect rico de l Niagara, el primero de su ti-po en la his toria.

18311880

1882

1888

1888

Al final de. ls iglo XIX, las aplic~ci0:nes de la energia electrica estaban arraiga- "das y prohferaban. La comurucacion por te legrafo, demost rada por SamuelEB. Morse en 18~3, se habi~ est~bl,ecido entre Norteamerica y Europa median-te.cab~es su~ma:mos. Medic millen de telefonos estaban en usc, (2) y la ilu-mmacl6~ ~lectrlca de las casas y las indus trias tenia una ereciente demanda.La electricidad se es. tab~ uti lizando para impulsar trenes y tranvias, as! comopara operar la maqumana de nuevas indus tr ias., EI siglo XI X t~bien fue testigo de un mayor reconocimiento de la ingenie -r ia com~ prOf?SlOn}~hn Smeaton de Gran Bretana, el primero en uti lizar el ti-tulo de mgeruero CIVIl ,.eramuy est imado en los cfrculos cientif icos . Ayud6 acr?ar, en 1771, una soc iedad de ingenieri a con aspi raciones y tradic iones si -mi laros a las de la Real Soeiedad, de la cual era miembro.

En .1818, ~n.grupo d.ej6venes ingenieros ingleses estableci6 el Ins ti tuto deIng~meros Clvi le~ y e ligio a Thomas Telford Como su primer presidente. EI~~tituto de Ingenieros Mecanicos se form6 en 1847, y George Stephenson fun-glOcomo pruner presidente.En Est~dos l!ni,dos, para 1908 se habian formado cinco prominentes socie-dades de.mgell ien~, que representaban a la ingenieria civil , mecanica, electri-ca, quimica y de minas:American Society of Civil Engineers (1852)American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers (1871)American Society of Mechanical Engineers (1880)Institute ofElectrical and Electronics Engineers (1884)American Institute of Chemicals Engineers (1908)

1.9 LAlNGhNl liKlA hN r .L blluLU]' ,A .Lv

1.9 LA INGENIERlA EN EL SIGLO XX .Durante la primera decada del siglo XX hubo varios desarrollos tecnol6gicossignif icat ivos que estarfan des tinados a ejercer un gran imp acto sabre nuestraeivil izaci6n. Al despuntar el s iglo xx, los inventores y los ingenieros estabanenfraseados freneticamente en sus intentos para hacer volar un objeto mas pe-sado que el ai re. EIexi to l leg6 en 1903, cuando Wilbur y Orvil le Wright vola-ron su avi6n en un recorrido que dur6 12 segundos y cubri6 una distaneia de37metros (18) (vease la f igura 1.9 .) . Desde ese vuelo iniclal , la aviaci6n comer-eial ha c reeido hasta dominar e l transporte de pasaje ros de la rga distancia, elcual en 1998 representaba 91 par ciento de los ki16metros-pasajero de viajesentre ciudades de Estados Unidos. (19) Actualmente, las lmeas aereas comer-cia les alcanzan de manera rut inaria velocidades de vuelo de 880 ki16metrospar hora, y en los viajes transoceaniccs con aviones supersonicos se han al-canzado velocidades de hasta 2300 kil6metros par hora. (18) Se han construi-do mas de 3000 aeropuertos en Estados Unidos para aeomodar los viajesa~reos, incluyendo aproximadamente 2200 aeropuertos de aviaci6n generalque sirven a aviones privados mas pequefios. El aeropuerto mas activo en1999, el Hartsfield de Atlanta, dio curso ala llegada y partida de mas de 78millones de pasajeros.

Diferentes "carruajes sin caballo" habian s ido disefiados para 1900, y hacia1904 se construian vehiculos de motor en mimero. considerable . Henry Fordcontribuyo en gran medida al desarrol lo y popula ridad de los autom6viles alint roduc ir la producci6n en serie moderna y el costa aeeesible de los vehicu-los, Al final del siglo xx, casi nueve de eada diez hogares estadounidenses te-man un vehiculo de motor. Mas de la mitad de los hogares en Estados Unidosternan dos 0mas vehiculos de motor disponibles para su uso. Se ha desarro-I lado un s is tema de carreteras de 6.1 millones de kilometres para los viajes envehiculos demotor . En Estados Unidos, el componente mas notable de esa reddecaminos es el Sis tema de Carreteras Interes tatales de 73,000 ki16metros, quese eonstruy6 con un casto de mas de 100 mil millones de dola res. En este si s-tema, que se inic i6 en 1956, se acumula eerea de 23 par ciento del kilometra-je vehicular de viajes total.

Figura 1.9 E1primervuelo de los hermanosWright. (Gortesia de 1aBiblioteca del Congreso.}


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A principios del s iglo xx, ingenieros y cientff icos introdujeron var ios avan-ces en el tratamiento de aguas y de aguas res iduales, incluyendo: (20)r En Nueva Je rsey se introdu jeron fi lt ros rap idos de arena en tanques de con-creto reforzado.

Karl Imhoff present6 un tanque de sedimentacion y digestion de lodos agran esca la que reemplaz6 el usa de los tanques sep ticos, excepto en las ins-talaciones pequeiias.Seutil iz6 par primera vez cloro liquido como desinfectante del agua en Fort tMeyer, Virginia.

EI ex ito de estos y ot ros avances pioneros en la ingenier ia ambien tal esta de-:mostrado por la decl inaci6n de muertes anua les por fi ebre tif oidea , de ap roxi- madamente 10,000 en 1906 a cerca de 200 veinte aiios despues, (20) Vease lafigura 1.10.El primer proyec to de construcc i6n de magn itud excepc iona l que se termi~n6 en los tiempos modernos fue el canal de Panama, inaugurado en 1914. Elcanal t iene aproximadamente 80 ki16metros de longitud. Tiene tres conjuntosde esclusas, cada una de las cuales tiene una longitud de 300 metros , una an-chura de 35 metros y una profundidad de cerca de 33 met ros. Antes de que en-trara en operaci6n, un barco que navegaba desde Nueva York hasta San'Francisco tenia que viajar mas de 20,000 kilometres alrededor del extremo de'America del Sur . El canal acort6 este viaje a cerca de 8400 kil6metros.En este siglo se ha logrado un prog reso notable en la construcc ion de innu-merables puentes y edificios. Ejemplos de los logros en disefio estructural y enconstrucci6n induyen los que se citan a continuaci6n. .1931 El edificio Empire State, en la ciudad de Nueva York, can una alturade 380 metros. En la epoca de su construcci6n, fue e l edi ficio mas a l-to del mundo par 20 pisos.

Figura 1.10 lncidencia d e 1 af iebre t ifoidea en Filade1fia,1880-1945, donde semuestran los efeetos de 1 afi1traci6n y la cloiacion.(Fuente: Civil Engineering,American SOciety af CivilEngineers, octubte de 1977.)Repraducido can laautorizaci6n de 1a ASCE.

C lo r ac i 6 n ; 1913

Fiiara 1.11 El puenteGeorge Washington.(Cortesia de la PortAuthority de NuevaYork yNueva Jersey.)

1931 EI puente George Washington, en la ciudad de Nueva York, con un~longitud de mas de 1 ki16metro. Cuando se inaugur6, su claro era casiel doble del record anter ior Ivease la f igura 1.11).

1974 La tOITeSears , en Chicago, I ll inois, con una altura de 440 metros.Otros logros de la ingenieria del siglo XX se centraron en los recurs os hidrau-licos, Un e jemplo de este progreso es la p resa Hoover, que se termin6 en 1936.En la epoca de su construcci6n , esta presa de concreto p ionera con una al turade 220 metros era la mas alta del mundo. Otro ejemplo de progreso en la ges-t i6n de los recursos hidrauli cos fueron los notables proyectos de cont rol deavenidas, navegaci6n y energia de la Tennessee Valley Authori ty (TVA). Crea-da en 1933, la TVA l lev6 al valle del Tennessee el control de las avenidas, ener-gia barata y crecimiento industrial.Poco despues de la Segunda Guerra Mundia l se hicie ron estudios de di se -no y factibil idad sabre la generaci6n de energia alect rica par medios nuclea-res. La primera estaci6n generadora de energia nuclear fue puesta enoperaci6n en 1967. (1) La energfa nuclear se habia vuelto economicamentecompeti tiva can la energfa de los combustib les f6si le s, y al rededor de 1998,104plantas nucleares estaban generando 674 mil millones de kilowatts-horaen Estados Unidos, 10 que representa 21 par c iento de Ia producc i6n de ener-gia elsctrica de esa naci6n. (21)Corminmente, en una planta generadora de energia nuclear comercial, el ca-lor se genera median te la fisi6n de un materi al nuc lea r como el urania 235. Elcalor es retirado per un generador de vapor, y el vapor se usa para impulsaruna turbina y un alternador que genera electricidad. Los disefiadores de plan-tas de energia nuc lear han enfrentado dos desafios principa les: 1) proveer l.a smedidas de seguridad apropiadas (po r ejemplo, un blindaje adecuado a SIS-temas de enfriamiento de circuito cerrado) contra las emisiones radiact ivas ;y 2)disei iar una estructura de contenci6n protectora para l imitar los efectos deuna explosi6n. La f igura 1.12 i lustra una planta moderna generadora de ener-gia nuclear.. E l siglo xx se caracteriz6 par un desa rrollo y un cambia tecno16gicos s inp recedentes. El est imu1ante ritmo de los descubrimien tos es ta l vez mas evi-dente en el campo de la e lectr6nica . Actualmente, la t ransmisi6n origina l de

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Figura 1.12 Planta de enetgia nuclear de ConsolidatedEdison en Indian Point. (Cortesia de Consolidated Edison.)

seii al es ha side reemplazada por redes modernas de comunicaciones con si s-.temas de conmutaci6nmasivos que usan componentes electr6nicos. (1) Desdela invenci6n del transistor en 1947, los dispositivos semiconductores ..reemplazado en gran medida a los tubos de vacfo como disposi tivos amplifi -cadores para las sefiales electr6nicas. El transistor y el diodo -han conducido a sensibles reducciones del tamafio del equipo electr6nico. F ; t . .advenimiento de los circuitos integrados de bajo costo, que se producen en se- .rie en peque iios chips de sili cio, ha dado lugar a cambios revo lucionarios en.el diseiio electr6nico [vease la figure 1.13). Junto con la miniaturi zac ion, estes .di sposit ivos han suministrado la transmisi6n confiable y rapida de sefi ales:mediante c ircui tos y han conducido al desa rrollo de computadoras d igit ales y .circuitos de conmutaci6n mas rapidos, [1, 14) -.

Figura 1.13 Memoria de acceso oleate-rio (RAM) de 64 kB sostenida en las pun-tas de los dedos. (Cortesia de IBM.)

Debido a limitaciones de espacio, solamente hemos podido describir breve-mente algunos de los extraordinarios logros de los ingenieros durante el s igloxx. Se espera que los ejemplos descritos comuniquen all ector parte del entu -sia smo y los desa fios asociados can una carre ra de ingenie ria. Observando elfuturo, los ingenieros enfrentaran un gran cumulo de complejos problemas deconsecuencias de largo alcance, incluyendo:1. El descubrimiento, e1desarrollo y la utilizaci6n de fuentes alternas de ener-

gfa para reemplazar la s menguantes reservas de pe tr6leo y carb6n en e1. . mundo.2." El desarrol lo de formas para conservar y rehabil itar la vasta infraes truc-tura de obras publicas que se esta deter iorando.3. El desarrollo adicional de la tecnologia de microcomputadoras y la exten-.si6n de sus aplicaciones:4. El desarrollo de tecnologia para aumentar aun mas la productividad.."agricola a fin de hacer frente a la creciente poblaci6n del mundo y alhambre.5. El disei io de estructuras que sean mas res is tentes a los sismos, las tormen-

_;,tas y otros fen6menos naturales.6. EI desarrol lo de mejores maneras para la di sposici6n de desechos peligro-sos , incluyendo los desechos radiact ivos que acompanan la generacionde energia nuclear.7... La exploraci6n del espacio interplanetar io y el descubrimiento de aplica-

clones de la inves tigaci6n espacial a usos militares y pacif icos ..REFERENCIAS1. GREGORY,ALCOLM., History and Development of Engineering, Longman Group. .Limited, Londres.

2 . FINCH , JAMES KIP , The Story of Engineering, Anchor Books, Doubleday and Com-pany, Inc., Garden City, NY.

3. DECAMP,L. SPRAGUE,The Ancient Engineers, Doubleday and Company, Inc., Gar-den City, NY.

4. FINCH, . KIP, "Master Builders ofMesopotamia", en Civil Engineering, AmericanSOciety ofCivil Engineers, Nueva York, abr il de 1957.

5, HATHAWAY,AILA. , "Dams -Thei r Ef fect on Some Ancient Civi liza tions" , en Ci-vil Engineering, American Society of Civil Engineers, Nueva York, enero de 1958.

6. UPTON,NEIL,An Illustrated History of Civil Engineering, William Heinemann,.Ltd., Londres .. ' 0 "

7.. BEAKLEY,EORGE., YH.W. LEACH,Engineering: An Introduction to a Creative Pro-fession, 4a ed. , Macmillan Publishing Company, Nueva York.

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