L02 Historia de la ingeniería

HISTORIA DE LA INGENIERA*Por: Paul H. Wright

INTRODUCCIN La ingeniera no debe su existencia a un decreto real ni fue creada por alguna legislacin. Ha evolucionado y se ha desarrollado como un arte prctico y como una profesin a lo largo de ms de cincuenta siglos de historia documentada. En sentido amplio, sus races pueden remontarse hasta el nacimiento de la civilizacin misma, y su progreso ha sido paralelo al progreso de la humanidad. Nuestros antepasados remotos intentaron controlar y utilizar los materiales y las fuerzas naturales para el beneficio general, tal como lo seguimos haciendo en la actualidad. Se dedicaron a estudiar y observar las leyes de la naturaleza, y desarrollaron un conocimiento de las matemticas y la ciencia que no era compartido por la gente comn. Aplicaron este conocimiento con discrecin y buen juicio, logrando as satisfacer necesidades sociales mediante la construccin de puertos, caminos y edificios, medios de riego y de control de corrientes de agua, y mediante trabajos creativos. Los estudios histricos de la ingeniera nos ensean a ver con respeto el pasado y sus logros; nos ayudan a concebir el presente a la luz del pasado, a discernir tendencias y a evaluar las razones de los grandes cambios que han caracterizado el progreso humano. Al examinar los orgenes de la ingeniera, podemos percibir el amplio caudal de la historia y ver el presente como parte de ese caudal. Esto nos ayuda a ubicar al presente en su contexto y a considerar mejor nuestros objetivos, aspiraciones y actos (1). Nuestro objetivo en el presente captulo consiste entonces en explorar brevemente el desarrollo de la ingeniera desde las pocas ms antiguas de que se tenga conocimiento hasta la actualidad. Por supuesto, se trata de una tarea muy ambiciosa y, con el poco espacio disponible, slo podremos resumir brevemente los sucesos sobresalientes de la historia de la ingeniera. Se invita al lector a que consulte las referencias que se citan al final del captulo, para una exposicin ms completa de este importante tema. Nuestro objetivo en el presente captulo consiste entonces en explorar brevemente el desarrollo de la ingeniera desde las pocas ms antiguas de que se tenga conocimiento hasta la actualidad. Por supuesto, se trata de una tarea muy ambiciosa y, con el poco espacio disponible, slo podremos resumir brevemente los sucesos sobresalientes de la historia de la ingeniera. Se invita al lector a que consulte las referencias que se citan al final del captulo, para una exposicin ms completa de este importante tema. LA INGENIERA EN LAS CIVILIZACIONES ANTIGUAS: LOS MESOPOTMICOS Es preciso reconocer por sus significativos logros en ingeniera a los antiguos habitantes de Mesopotamia, territorio que se encuentra entre los ros Tigris y ufrates, y que en la actualidad corresponde a Irak. Se dice que en esta zona apareci por primera vez la carreta con ruedas (2). Al sur de Mesopotamia, en el principio de la historia documental, el antiguo y misterioso pueblo sumerio construy canales, templos y murallas que constituyen los primeros trabajos de ingeniera del mundo (3). El territorio de Mesopotamia estaba expuesto a los ataques por el norte, el este y el oeste, y su historia es una enmaraada crnica de conquistas y ocupaciones por los pueblos vecinos (4). Los gobernantes ms importantes de la antigua Mesopotamia fueron los babilonios y los asirios. Se han descubierto tablas de arcilla cuyas inscripciones ya se han descifrado y nos proporcionan una visin de la vida como se manifest en esa zona hace miles de aos. Estas inscripciones muestran que ya en el ao 2000 a.C. se utilizaba, para hacer observaciones astronmicas, un dispositivo para medir ngulos llamado astrolabio. Este instrumento, que consista en un crculo graduado y un mango de observacin, se

* En: WRIGHT, P.H. (1994): Introduccin a la ingeniera. Wilmington, Delawere: Addison-Wesley. Captulo 1, Historia de la ingeniera. pp. 1-22

Pontificia Universidad Catlica del Per Introduccin a la ingeniera civil

Historia de la ingeniera P. Wright - 2 -

basaba en el sistema numrico de 60 unidades que utilizaban los mesopotmicos. Este sistema se ha mantenido hasta nuestros das para la medicin del tiempo y de los ngulos. El tipo de estructura ms original que dejaron los mesopotmicos fue el zigurat, templo en forma de torre construido en honor de sus dioses. El zigurat era una pirmide de ladrillo con terrazas, escaleras, contrafuertes y con un altar o capilla en la cima. Se cree que la Torre de Babel, mencionada en el Antiguo Testamento, era una estructura de este tipo. Hammurabi, el gran rey que gobern Babilonia durante 43 aos (aproximadamente de 1850 a 1750 a.C.) compil un nuevo y extenso cdigo de leyes que lleva su nombre. Este famoso cdigo impona castigos para aquellos que permitan prcticas de construccin deficientes y se le considera precursor de los actuales cdigos de construccin. El Cdigo de Hammurabi incluye un importante mensaje que tiene que ver con la garanta de calidad y con la responsabilidad profesional, y exiga castigos sumamente severos para quien lo quebrantaba. As deca el mensaje: Si un constructor edifica una casa para un hombre y no hace su construccin firme y la casa que ha levantado se derrumba y ocasiona la muerte del dueo de la casa, ese constructor deber morir. Si ocasiona la muerte del hijo del dueo de la casa, deber morir un hijo del constructor. Si ocasiona la muerte del esclavo del dueo de la casa, deber dar al dueo de la casa un esclavo de igual valor. Si destruye pertenencias, deber restituir lo que haya destruido, y debido a que no hizo firme la casa y sta se vino abajo, deber reconstruir a su costa la casa que se derrumb. Si un constructor construye una casa para un hombre y su construccin no cumple con los requisitos y se cae una pared, ese constructor deber reforzar la pared a sus expensas. No debe sorprender que los pobladores de los valles del Tigris y el ufrates hayan desarrollado importantes trabajos de irrigacin y de control de flujos de agua. En la actualidad, en Irak an se puede encontrar vestigios de canales abandonados como lo indican surcos an visibles en terraplenes, lagos y arroyos. El Nahrwan, un canal de 122 m de ancho, se extenda normalmente paralelo al ro Tigris a lo largo de una distancia de 320 km (3), regando un rea.de 30 km de anchura en promedio (5). Los mesopotmicos utilizaron impresionantes diques de mampostera para desviar pequeos tributarios del ro hacia el canal. Durante el reinado del Rey Sennacherib, los asirios (aproximadamente en el ao 700 a.C.) terminaron el primer ejemplo notable de un suministro pblico de agua. Construyeron un canal de alimentacin de 48 km de largo que llevaba agua dulce desde las colinas del monte Tas al entonces existente ro Khosr, a travs del cual el agua corra otros 24 km hasta Nnive. En Jerwan se construy un acueducto elevado de piedra a fin de que el canal abierto pudiese pasar sobre un pequeo arroyo. Esta famosa estructura tena 263 m de largo, 21 de ancho y 8 en su punto ms alto (6). Soportaba un canal de una anchura aproximada de 15 m y una profundidad de 1.5 m (2). El canal estaba cubierto por una gruesa capa de hormign y representa el primer uso conocido de este tipo de material.

LA INGENIERA EN LAS CIVILIZACIONES ANTIGUAS: LOS EGIPCIOS En la antigua civilizacin egipcia surgieron expertos en planificacin y construccin. Estos precursores de la ingeniera .ocupaban puestos importantes como ase sores de confianza al servicio de los reyes egipcios. El hombre que ocupaba esta posicin era un experto en construccin general y se le conoca como jefe de obras" del rey. Estos antiguos ingenieros-arquitectos practicaron la ms antigua forma conocida de levantamiento de planos, desarrollaron sistemas efectivos de riego y construyeron notables edificios de piedra. El desbordamiento anual del Nilo cre la necesidad de restablecer los lmites de las tierras. Para llevar a cabo este trabajo de agrimensura, los ingenieros egipcios utilizaban pedazos de cuerda que previamente haban mojado con agua, secado y recubierto con un material ceroso, a fin de que su longitud se mantuviese constante. Es probable que tambin hayan usado instrumentos topogrficos primitivos, pero no se ha encontrado ninguno (7).



Figura 1.- Jeroglficos de los antiguos egipcios, que significan "jefe de obras". (Cortesa de la American Society of Civil Engineers.) Se sabe que ya desde el ao 3000 a.C., los egipcios desarrollaron y mantuvieron una extensa red de diques, canales y sistemas de drenaje (8). Era mucha la gente que habitaba el estrecho y frtil valle del Nilo, lo que hizo necesario que se realizaran trabajos de irrigacin para abastecer a todos esos pobladores y explotar el arte de la agricultura. El ro serva tambin como el medio principal de transporte, ya que los caballos, los vehculos de ruedas y los caminos fueron desconocidos por los egipcios hasta alrededor del ao 1785 a.C. (8).

Figura 2.- Partida de agrimensores y oficiales que utilizan "cuerda para medir" enrollada, segn se aprecia en un mural pintado en la casa de un superintendente egipcio, aproximadamente en el ao 2000 a.C. (Cortesa de la American Society of Civil Engineers.) Los ingenieros del antiguo Egipto intentaron construir las estructuras ms altas, amplias y perdurables que se hayan visto. Sus palacios, templos y tumbas fueron diseados como smbolos de un poder triunfal y eterno. Los trabajos ms conocidos de los constructores egipcios son las pirmides. La primera fue la Pirmide Escalonada de Sakkara, construida por Imhotep en el ao 2980 a.C., aproximadamente, para alojar los restos del gobernante Zoser (Fig. 3). Como se muestra en la figura 4, el diseo de las pirmides evolucion a partir de las tumbas conocidas como mastabas. Los antiguos egipcios consideraban la tumba del rey como la casa en donde ste viva despus de su muerte; algunas de las mastabas ms elaboradas contenan varios cuartos y almacenes en los que se colocaban comida y armas, muy cerca del gobernante muerto y su familia. La Pirmide Escalonada de Zoser consiste en realidad en seis mas tabas, construidas una encima de otra. Se cree que Imhotep construy las mastabas de esta manera para evitar que los ladrones de tumbas cavaran en ellas, como acostumbraban hacerlo, comenzando desde la cima (8).

Figura 3.- La Pirmide Escalonada de Sakkara, construida por Imhotep para el gobernante Zoser en el ao 2980 a.C. (Fotografa de Fred J. Maroon, 1980, reproducida con autorizacin.)



Todava se encuentran en pie tres pirmides, sobre la ribera occidental del ro Nilo en Gizeh, como un testimonio de las excepcionales dotes de ingeniera de los egipcios. La ms grande, conocida como la Gran Pirmide o Pirmide de Keops, tiene una altura aproximada de 146 m y su base ocupa una extensin de 5.3 hectreas (2). La pirmide est construida con ms de dos millones de bloques de piedra que tienen un peso aproximado de 2.5 ton cada uno. Algunos de los bloques interiores pesan hasta 30 ton.

Figura 4.- Diagrama que muestra la evolucin de la pirmide. (Fuente: J. K. Finch, "The Engineer Through the Ages: Egypt, part 1", Civil Engineering, febrero de 1957.) Herodoto, el historiador griego que visit Egipto en el siglo quinto antes de nuestra era, seala que para construir la pirmide se requiri el trabajo de 100000 hombres durante 20 aos, trabajando en relevos de 3 meses (6). Los bloques de piedra fueron llevados al lugar por un terrapln construido especialmente para ese fin. Mediante el uso de cuerdas, palancas, rodillos, cuas de madera, rampas de tierra y cinceles de cobre, los trabajadores egipcios construyeron la pirmide de acuerdo con los ms precisos y rigurosos patrones de ingeniera. Las hiladas inferiores de esta notable estructura estn dispuestas de manera que sus junturas tienen un ancho de dos diezmilsimas de centmetro.

CONTRIBUCIONES DE LOS GRIEGOS Aproximadamente a partir del ao 600 a.C., la forma de vida y de pensamiento griegos empezaron a dominar en el rea oriental del Mediterrneo. Los griegos son conocidos sobre todo por su lgica abstracta y por su capacidad para teorizar y sintetizar el conocimiento del pasado (1). Tuvieron grandes avances en arte, literatura y filosofa, lo que con frecuencia tiende a oscurecer sus contribuciones a la ingeniera. Se centraron principalmente en la teora, otorgando poco valor a la experimentacin y la verificacin, y a las aplicaciones prcticas. De hecho, los grandes pensadores griegos opinaban que cualquier aplicacin de los frutos de la mente a la satisfaccin de necesidades materiales no era digno ni respetable (9). Sin embargo, fue el architecton griego quien realiz el primer avance notable hacia una categora profesional. Fue reconocido como maestro y experto constructor con conocimientos y experiencia que iban ms all de los alcances del ciudadano comn. La pennsula griega est cortada por tantas cadenas montaosas que la comunicacin por tierra era difcil, de ah que los griegos se hayan vuelto hacia el mar y se convirtieran en los primeros grandes constructores de puertos. Herodoto describe un gran rompeolas o malecn que se construy para proteger la baha de Samos. El rompeolas tena una longitud de 365 m y fue construido en un lugar en el que el agua tena 40 m de profundidad (3). Se trata de la primera construccin registrada de una baha artificial, y constituye un prototipo de la planificacin de puertos aun en los tiempos modernos (10). Ms tarde, el inters de los griegos por la navegacin los llev a construir el primer faro de la historia, el Faro de Alejandra (10). La estructura, de 110 m de alto, fue construida alrededor del ao 300 a.C. y se le considera como una de las Siete Maravillas del Mundo Antiguo. Otra de las grandes obras construidas en la isla de Samos fue un tnel de 1100 m de largo, excavado a travs de un monte de 300 m de altura, bajo la direccin del architecton Eupalinus de Megara (3, 10). El tnel principal, que fue cincelado a mano a travs de piedra caliza, tena aproximadamente 1.7 m de ancho y lo mismo de alto. En el piso del tnel principal se abri una zanja de9 m de profundidad y 1 m de anchura, por medio de la cual se llevaba agua en tuberas de arcilla hacia la ciudad. La construccin del



tnel se llev a cabo desde los dos extremos, pero no se conocen los mtodos de medicin que se utilizaron para efectuar el trabajo. Durante la Edad de Oro de Grecia, el gobernante Pericles emprendi un gigantesco programa de construccin diseado para hacer de Atenas la ciudad ms hermosa de la Tierra. Contrat los servicios de los artistas ms prominentes y de expertos constructores para efectuar la construccin de templos, mausoleos y estatuas en la Acrpolis, la gran pea de cima plana desde la cual se domina la ciudad. Las ruinas de estos trabajos en la actualidad proporcionan uno de los espectculos ms notables del mundo. Los constructores de los templos griegos debieron de haber utilizado cimbras y andamios de madera equipados con cabrestantes y poleas parecidos a los que se utilizan actualmente (10). Por el uso que hicieron de columnas y arcos, los diseadores mostraron un nivel de conocimiento estructural nunca visto en los constructores del pasado. CONTRIBUCIONES DE LOS ROMANOS Los ingenieros ms famosos de la Antigedad, los romanos, dedicaron a obras pblicas ms recursos que sus antecesores (3). Con mano de obra barata, que inclua a miles de esclavos, y materia prima en abundancia, construyeron arenas, caminos, acueductos, templos, edificios pblicos, baos y foros pblicos Los eruditos dividen la historia romana en dos periodos principales: (1) la Repblica, que se extendi desde el ao 535 a.C. -fecha legendaria de la fundacin de Roma- hasta el 24 a.C.; y (2) el Imperio, que se extendi desde el 24 a.C. hasta el 476 de nuestra era (11). La Repblica fue una poca de conquista y explotacin de las extensas posesiones coloniales de Roma; en este tiempo las realizaciones de ingeniera estuvieron confinadas en su mayora en Italia. El Imperio fue un periodo relativamente pacfico en el cual las obras pblicas se extendieron hasta las colonias; en la actualidad podemos encontrar los restos de algunas de estas obras de ingeniera en Espaa, Francia, el norte de frica y el Medio Oriente (12). Al contrario que los griegos, los romanos eran constructores prcticos que confiaban ms en la experiencia que en la lgica matemtica y la ciencia. Sus obras eran de diseo simple, aunque impresionantes por su tamao y la audacia de su ejecucin (12). En general, sus obras tendan ms hacia lo funcional que a lo artstico o esttico. Los constructores romanos son reconocidos por sus contribuciones significativas a la ingeniera, entre las que se cuentan el desarrollo de mejores mtodos de construccin, el descubrimiento y uso del cemento hidrulico y el diseo de varias mquinas para la construccin entre las que se encuentran clavadoras de estacas, tornos para molinos de vientos y ruedas hidrulicas de madera. Esta ltima mquina, ilustrada en la figura 5, se utiliz para desaguar minas y obras en construccin.

Figura 5.- Ruedas hidrulicas de madera que se utilizaron para desaguar minas. (Segn Engineering in the Ancient World, de J. C. Landels. Berkeley y Los ngeles, University of California Press, 1978.) En seguida se describirn brevemente algunos de los ms famosos trabajos de ingeniera romanos: El Circo Mximo era una pista de carreras en la cual se llevaban a cabo juegos y competencias. Se cree que fue construido o ampliado considerablemente por Tarquinio Prisco, antiguo rey etrusco y de linaje griego que gobern Roma en el siglo VI antes de nuestra era (11).



La Va Apia fue el primero y ms famoso enlace de una red de caminos que salan de Roma. Recibi su nombre en honor de Apio Claudio, el censor de Roma en el ao 312 a.C.; el camino se distingua por su alineacin directa, sus altos terraplenes y la excelente estructura de su pavimento. En la figura 6 se muestra una seccin de la Va Apia como se puede apreciar en la actualidad.

Figura 6.- La Va Apia (Cortesa del Departamento Italiano de Turismo) El Aqua Apia, tambin designado en honor de Apio Claudio, fue el primer acueducto importante que se construy en Roma. Era una obra de bajo nivel y en gran parte subterrnea que se construy en un tnel o en una estructura abierta y despus cubierta (12). El Panten era un templo de extraordinaria majestuosidad. Agripa, un brillante ingeniero e hijo adoptivo de Augusto, construy el Panten aproximadamente en el ao 17 A.C. Se incendi dos veces y fue reconstruido por Adriano, quien gobern durante el periodo que abarca los aos 117 a 138 de nuestra era. El dimetro interno del Panten mide lo mismo que su altura, 43 m, y est coronado con una bveda semiesfrica de hormign artesonada. Conservado hasta nuestros das, el Panten es el prototipo de las obras de ingeniera ms creativas realizadas en Roma (11). El Puente Alcntara, construido en Espaa por el ingeniero Cayo Julio Lcer en el ao 98 d.C., est todava en servicio (Fig. 7). Tiene seis arcos de roca firme y una longitud total de 183 m. La calzada se encuentra 53 m por encima del ro (6).

Figura 7.- El Puente Alcntara en Espaa, construido en el ao 98 D. C, an se encuentra en servicio. (Fotografa de Josip Ciganovic, cortesa de la Secretara General de Turismo de Espaa.)



El Pont du Gard formaba parte de un antiguo acueducto que llevaba agua a Nimes, al sur de Francia. Construida bajo la direccin de Agripa durante el reinado de Augusto (entre los aos 27 a.C. y 14 d.C.), esta imponente estructura fue hecha de mampostera firme, excepto el canal del agua en la parte superior. Tiene una altura aproximada de 48 m y sus arcos ms grandes tienen una amplitud de cerca de 25 m (13). El Pont du Gard se puede apreciar en la figura 8.

Figura 8.- El Pont du Card (Fuente: Schreiber, Theodore, Atlas of

Classical Antiquities, MacmilIan Publishing Company, 1895.)

LA INGENIERA EN LA EDAD MEDIA Durante los ocho siglos, aproximadamente, que siguieron a la cada del Imperio Romano, en el periodo conocido como Edad Media, ocurrieron relativamente pocos avances en la ingeniera. Sin embargo, s hubo cierto desarrollo en este periodo, sobre todo en cuanto diseo estructural, y desarrollo de dispositivos y mquinas que economizaban energa e incrementaban la potencia. Tal vez las estructuras ms interesantes de la Edad Media sean las catedrales gticas, que han llegado a considerarse como "de las ms ligeras y osadas construcciones con 'esqueleto de piedra' que jams haya intentado realizar el hombre" (2). Estas elevadas y elegantes estructuras, con sus vitrales, sus afilados arcos centrales en punta y sus altos y delgados muros, apoyados lateralmente por medios arcos conocidos como contrafuertes volados, manifiestan un alto nivel del dominio de la estructura por parte tanto de los ingenieros/arquitectos que las disearon como de los maestros de obra que las construyeron. Durante ese periodo en el que los grandes terratenientes buscaban protegerse a s mismos y cuidar sus propiedades, se construyeron enormes casas fortificadas o castillos. La casa-fortaleza se distingua por lo grueso de sus muros, sus altas torres de proteccin y un amplio foso a su alrededor, cruzado por un solo puente. Con la invencin de la plvora y los caones (hacia el ao 1500 d.C.), la construccin de castillos medievales lleg a su fin. Durante la Edad Media, los ingenieros buscaron reforzar o suplir la capacidad productiva tanto de hombres como de animales mediante el diseo y el perfeccionamiento de mquinas que ahorraban fuerza de trabajo. En esa poca se desarroll el molino de viento y los molinos de agua fueron mejorados y utilizados de otras formas. Otros adelantos mecnicos que surgieron en Europa en los tiempos medievales fueron la rueca y el timn giratorio para los barcos (1). El ttulo de ingeniero se utiliz por primera vez en la Edad Media (aproximadamente entre los aos 1000 y 1200). Las palabras "ingenio" e "ingenioso" provienen del latn in generare, que significa "crear" (14). Por tanto, la persona que creaba o diseaba mquinas de guerra (arietes, catapultas, torres de asalto, etctera) vino a ser conocido como el ingeniator o "ingeniero". Muchos de los dispositivos, materiales y tcnicas de ingeniera que se utilizaron en un nivel ms avanzado en la Edad Media aparecieron primero en el Lejano Oriente, principalmente en China. Estos avances



incluyen la invencin de la plvora y el desarrollo de procesos para la fabricacin de papel, la fundicin de hierro y la manufactura de telas (2). LOS AVANCES DE LA CIENCIA: HACIA 1300-1750 d.C. Hacia fines de la Edad Media se realizaron avances significativos en los transportes y las comunicaciones, lo que propici un auge de los descubrimientos cientficos y una difusin ms acelerada del conocimiento. En el siglo XIII, los arquitectos-ingenieros italianos impulsaron el nacimiento de una era moderna en la construccin de canales, mediante la invencin de la esclusa. No tardaron en construirse redes de canales por toda Europa con el fin de facilitar el traslado por agua. Durante este periodo hubo tambin avances en la navegacin y en la construccin de barcos, lo que llev a construir muelles y puertos para la transportacin martima. Johann Gutenberg invent los moldes de caracteres mviles y se le atribuye la impresin del primer libro, aproximadamente en el ao 1450. Esto permiti que se difundiera ampliamente informacin sobre muchas materias, entre ellas la ciencia y la ingeniera. Hacia el ao 1500 ya se publicaban libros de topografa, hidrulica, qumica, minera y metalrgica, as como de muchos otros temas cientficos. El progreso de la ciencia durante los siglos XV, XVI y XVII tuvo un gran impacto en los avances tecnolgicos e industriales que se dieron a continuacin; las contribuciones de los cientficos de la poca an se perciben en la actualidad. Algunos de estos cientficos y sus contribuciones son: Leonardo da Vinci (1452-1519). Gran artista, arquitecto y cientfico experimental del Renacimiento italiano. Demostr su genio en muchas reas. Se le recuerda ms por sus diseos conceptuales que por los trabajos prcticos de ingeniera. Nicolaus Copernicus (1473-1543). Astrnomo de ascendencia alemana y polaca, fund la astronoma moderna con su teora de que la Tierra es un planeta en movimiento. Galileo (1564-1642). Astrnomo y fsico italiano; formul el mtodo cientfico para adquirir conocimiento. Galileo hizo el primer uso prctico del telescopio en astronoma y se le atribuye el descubrimiento de una famosa ley de la cada de los cuerpos. Robert Boyle (1627-1691). Qumico y fsico irlands que estudi la compresin y expansin del aire y de otros gases; descubri que el volumen de un gas a una temperatura constante vara de manera inversa a su presin (ley de Boyle). Robert Hooke (1635-1703). Cientfico experimental ingls; formul la teora de la elasticidad conocida como ley de Hooke. La ley establece que la cantidad de deformacin de un cuerpo elstico es directamente proporcional a la fuerza o tensin que acta sobre l. Sir Isaac Newton (1642-1727). Cientfico y matemtico ingls; invent el clculo, descubri los secretos de la luz y el color, y formul la ley de la gravitacin universal. Thomas Newcomen (1663-1729). Inventor ingls. Newcomen construy una de las primeras mquinas de vapor funcionales, en 1712. Su mquina de vapor a presin atmosfrica fue utilizada para bombear el agua de las minas britnicas durante casi 75 aos, antes de que fuera reemplazada por la mquina de James Watt, ms eficiente. AVANCES EN LA INGENIERA: 1750-1900 d.C. Durante los ciento cincuenta aos anteriores al siglo XX se avanz en la minera, la manufactura y el transporte. En la dcada de 1760 James Watt dise y produjo un modelo funcional de mquina de vapor sumamente avanzado y con el respaldo del fabricante Matthew Boulton, construy cientos de mquinas (2). Hacia 1800, 500 mquinas construidas por Boulton y Watt se hallaban funcionando en Gran Bretaa, bombeando el agua de las minas y haciendo funcionar la maquinaria en las fundiciones de hierro y las fbricas de tejidos (1). Hasta la primera mitad del siglo XVIII se haba utilizado carbn vegetal para la fundicin del mineral de hierro. Ante la escasez de madera para fabricar el carbn, los fabricantes de hierro comenzaron a usar, en el proceso de fundido, el coque, una forma ms ligera y porosa del carbn mineral. La demanda creciente de coque cre la necesidad de desaguar las minas de carbn y llev al desarrollo de bombas de vapor para las minas. Pronto, la nueva fuente de potencia comenz a usarse para poner en funcionamiento la maquinaria de las fundiciones de hierro as como las nuevas mquinas de soplado que contribuan al proceso de fundicin (1,2).



En Gran Bretaa y Norteamrica se hicieron experimentos con mquinas de vapor para impulsar embarcaciones, y el primer barco de vapor que tuvo xito comercial fue el Clermont de Robert Fulton, que apareci en Estados Unidos en 1807 (15). Ms tarde, en 1823, el ingls George Stephenson estableci una empresa de ferrocarriles en Newcastle y, dos aos despus, demostr que era factible el transporte sobre vas frreas impulsado por vapor (16). De 1780 a 1900 hubo grandes progresos en el rea del transporte. En Inglaterra, durante las dos ltimas dcadas del siglo XVIII, se construy una extensa red de canales. El gran periodo de construccin de canales en Estados Unidos fue la primera mitad del siglo XIX. stos son algunos de los canales que se construyeron en ese tiempo (17): cientficos y sus contribuciones son: 1817-1825 Canal Erie, de 585 km de longitud; enlaza a Erie, Pensilvania, con Buffalo, Nueva York. 1826-1850 Canal Chesapeake y Ohio; va de Washington, D.C., a Cumberland, Maryland. Poco despus de que Stephenson demostrara que era factible el transporte por ferrocarril, hubo un notable crecimiento en los sistemas ferroviarios. En Estados Unidos la extensin de las vas frreas aument de 56 000 km, hacia fines de la Guerra Civil, a 310000 km en 1900 (16). A principios del siglo XX, el sistema ferroviario en Estados Unidos, para cualquier fin prctico, estaba completo. Durante este periodo hubo avances en la tecnologa de la construccin de caminos. El ms famoso constructor de caminos de esta poca fue el escocs John MacAdam (1756-1836), quien desarroll un mtodo en el cual se compactan capas de grava. Adems de construir alrededor de 290 km de carreteras, MacAdam escribi varios libros sobre la construccin de carreteras. Un contemporneo escocs de MacAdam, Thomas Telford, recomendaba la construccin de caminos mediante el uso de grandes losas de piedra unidas entre s para formar una base slida cuya superficie se cubra con piedra triturada y grava. Telford supervis la construccin de aproximadamente 1480 km de carretera y 1200 puentes durante los primeros aos del siglo XIX (2). Desde el punto de vista de los logros de la ingeniera del siglo XIX, el desarrollo de la electricidad como fuente de energa se considera como uno de los ms significativos. Tal logro se atribuye en gran medida al esfuerzo de numerosos cientficos e ingenieros durante la ltima mitad del siglo XIX. Sin embargo, su desarrollo se sustenta en los descubrimientos de los fsicos de principios del siglo XIX, quienes definieron la naturaleza fundamental de la electricidad: hombres como George Simon Ohm, de Alemania, Alejandro Volta, de Italia, y Charles Coulomb y Andr Ampere, de Francia. A continuacin se mencionan algunos de los hechos sobresalientes en el desarrollo de la energa elctrica (algunas de las fechas son aproximadas): 1827 Alejandro Volta dise la primera pila elctrica. 1830 Sir Humphrey Davy descubri el electromagnetismo y el arco voltaico. 1831 Michael Faraday demostr el proceso de la induccin magntica. 1880 Thomas A. Edison invent una bombilla incandescente de aplicacin prctica y descubri que las lmparas podan conectarse en paralelo, permitiendo que una o ms pudieran ser apagadas sin desconectar todo el sistema. 1882 La estacin generadora de electricidad de Pearl Street, de Edison, fue puesta en operacin en la Ciudad de Nueva York. 1888 Nicola Tesla registr las patentes para un motor de induccin y para un nuevo sistema de corriente alterna polifsico. 1888 Despus de organizar la Westinghouse Electric Company en 1886, George Westinghouse obtuvo el contrato para proporcionar los generadores para el proyecto hidroelctrico del Nigara, el primer proyecto de su tipo en la historia. Hacia fines del siglo XIX las aplicaciones de la energa elctrica estaban bien establecidas y proliferaban por doquier. La comunicacin por telgrafo, dada a conocer por Samuel F. B. Morse en 1843, se haba establecido entre Norteamrica y Europa mediante cables submarinos. Medio milln de telfonos se encontraban en uso (2) y la luz elctrica para casas e industrias cada vez tena mayor demanda. Tambin se utilizaba la energa elctrica para impulsar trenes y tranvas y para hacer funcionar las mquinas de las nuevas industrias. El siglo XIX fue testigo tambin de un mayor reconocimiento de la ingeniera como profesin. John Smeaton, de Gran Bretaa, el primero en utilizar el ttulo de ingeniero civil, fue ampliamente reconocido



en crculos cientficos. En 1771 ayud a crear una sociedad de ingenieros, con aspiraciones y tradiciones similares a las de la Royal Society, de la cual era miembro. En 1818, un grupo de jvenes ingenieros ingleses establecieron la Institution of Civil Engineers y eligieron a Thomas Telford como su primer presidente. La Institution of Mechanical Engineers fue fundada en 1847 y George Stephenson fue su primer presidente. En Estados Unidos, hacia 1908 se crearon cinco prominentes sociedades de ingenieros que representaban a las ingenieras civil, mecnica, elctrica, qumica y de minas y metalurgia: 1882 La estacin generadora de electricidad de Pearl Street, de Edison, fue puesta en La American Society of Civil Engineers (ASCE; Sociedad estadounidense de ingenieros civiles; 1852) El American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers (AIMMPE; Instituto estadounidense de ingeniera de minas, metalurgia y del petrleo; 1871) La American Society of Mechanical Engineers (ASME; Sociedad estadounidense de ingenieros mecnicos; 1880) El Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE; Instituto de ingenieros elctricos y electrnicos; 1884) El American Institute of Chemical Engineers (AlCE; Instituto estadounidense de ingenieros qumicos; 1908) LA INGENIERA EN EL SIGLO XX Durante la primera dcada del siglo XX se suscitaron varios desarrollos tecnolgicos significativos destinados a influir de manera decisiva en nuestra civilizacin. A principios de siglo, los inventores y los ingenieros intentaban desesperadamente poder volar con un aparato ms pesado que el aire. El xito se logr en 1903 cuando Wilbur y Orville Wright volaron en su aeroplano en un recorrido que dur 12 segundos y cubri una distancia de 37 m (17) (Fig. 9). A partir de ese vuelo inicial, el transporte por aire ha crecido hasta dominar el transporte pblico de largo alcance, contando, en 1986, con el 89% del kilometraje de viajes en vehculos pblicos en Estados Unidos (18). Hoy, las aerolneas comerciales efectan de manera rutinaria vuelos con una velocidad de 890 km/h, y el recorrido transocenico que hace el supersnico Concorde alcanza los 2333 km/h (17). En Estados Unidos se han construido ms de 3000 aeropuertos para facilitar los viajes por aire, incluyendo aproximadamente 2200 aeropuertos de aviacin civil que dan servicio a aviones privados de menor tamao. El aeropuerto con ms trfico en 1987, el Hartsfzeld Atlanta International atendi a ms de 42 millones de pasajeros que llegaban o partan.

Figura 9.- El primer vuelo de los hermanos Wright. (Cortesa de la Biblioteca del Congreso) Hacia el ao 1900 se haba diseado una diversidad de "carruajes sin caballos", y para 1904 se construan vehculos de motor en cantidades considerables. Henry Ford contribuy en gran medida al desarrollo y la popularidad de los automviles al introducir la moderna produccin en serie y hacer que los costos por vehculo resultasen accesibles. Para 1980, casi nueve de cada diez familias de Estados Unidos disponan de un vehculo de motor, y ms de la mitad de las familias de ese pas contaban con dos o ms de ellos (19); se construy un sistema de 6.1 millones de kilmetros de carreteras para dar cabida al trfico de vehculos de motor. El elemento ms notable de esa red de carreteras es el Interstate Highway System, que se construy a un precio superior a los 100 mil millones de dlares. Este sistema, que fue comenzado en 1956, atiende a cerca del 20% de todo el kilometraje de vehculos.



A inicios del siglo XX, tanto ingenieros como cientficos introdujeron varios avances en el tratamiento de agua potable yaguas residuales, como son (20): Incorporacin de rpidos filtros de arena en tanques de hormign reforzado, en Nueva Jersey. Karl Imhoff mostr el funcionamiento de un tanque de contencin y asimilacin a gran escala de lodo que podra reemplazar a la fosa sptica, excepto en instalaciones pequeas. El cloro lquido se utiliz por primera vez como desinfectante de agua en Fort Meyer, Virginia. El xito de stos y otros avances precursores de la ingeniera ambiental se pone de manifiesto en el descenso de los ndices de mortalidad anual ocasionada por fiebre tifoidea en Estados Unidos, de alrededor de 10000 casos en 1906 a aproximadamente 200 veinte aos despus (20). Vase la figura 10.

Figura 10.- Incidencia de la fiebre tifoidea en Filadelfia 1880-1945; se muestran los efectos de la filtracin y la cloracin. (Fuente: Civil Engineering, American Society of Civil Engineers, octubre de 1977.) El primer proyecto de construccin de gigantescas proporciones que se termin en los tiempos modernos fue el Canal de Panam, que se inaugur en 1914. El canal tiene una longitud aproximada de 80 km. Tiene tres conjuntos de esclusas, cada una con una longitud de 304 m, una anchura de 33 m y una profundidad de aproximadamente 20 m. Antes de su apertura, un barco que fuera de Nueva York a San Francisco tena que viajar ms de 20 000 km bordeando la punta de Amrica del Sur. El canal logr hacer que ese recorrido se redujera a unos 8300 km. En este siglo se han alcanzado progresos notables en la construccin de innumerables puentes y edificios. Ejemplos de logros en diseo estructural y construccin pueden ser:

1931: El Empire State, en la ciudad de Nueva York, con una altura de 380 m. En la poca en que se construy era el edificio ms alto del mundo, con 20 pisos ms que su competidor ms cercano. 1931: El Puente George Washington, en la ciudad de Nueva York, con una longitud de 1067 m. Al inaugurarse, su extensin duplicaba la del puente ms largo hasta entonces. Vase la figura 11. 1974: La Torre de Sears, en Chicago, Illinois, con una altura de 442 m.

Figura 11.- El Puente George Washington. (Cortesa de la Port Authority of New York and New Jersey.) Otros logros de la ingeniera del siglo XX se enfocaron hacia los recursos hidrulicos. Un ejemplo del progreso en esta rea es la Presa Hoover, que se concluy en 1936. Cuando fue construida, esta innovadora presa de hormign, cuya cortina tena una altura de 220 m, era la ms grande del mundo. Otro



ejemplo de los avances en la administracin de los recursos hidrulicos son los notables proyectos de control de flujo, navegacin y energa de la Tennessee Valley Authority (TVA; Autoridad del Valle de Tennessee). Creada en 1933, la TVA dio al Valle de Tennessee el control de flujo, energa elctrica a bajo precio y crecimiento industrial. Poco despus de la Segunda Guerra Mundial se hicieron estudios en cuanto al diseo y viabilidad de generar energa elctrica por medios nucleares. La primera estacin generadora de energa nuclear se puso en operacin en 1967 (1). Desde el punto de vista econmico, la energa nuclear compite ahora abiertamente con la energa que se obtiene a partir del combustible fsil, y ya en 1984,83 reactores nucleares generaban 340 mil millones de kilowatts-hora de electricidad en Estados Unidos, esto es, el 5.3% de la produccin total del pas (21). Tpicamente, en una planta comercial generadora de energa nuclear el calor es generado por la fisin de material nuclear como el uranio 235. El calor se elimina mediante un generador de vapor; el vapor se utiliza para operar una turbina y un alternador que genera la electricidad. Los diseado res de plantas de energa nuclear se han tenido que enfrentar a dos retos: (1) proporcionar medidas de seguridad apropiadas (por ejemplo, un blindaje adecuado, sistemas de enfriamiento de ciclo cerrado) contra las emisiones radiactivas; y (2) disear una estructura contenedora de proteccin que limite los efectos de una explosin. En la figura 12 se muestra una moderna planta generadora de energa nuclear.

Figura 12.- Planta de energa nuclear Indian Point. (Cortesa de Con. Edison) El siglo XX se ha caracterizado por tener desarrollos y cambios tecnolgicos sin igual. El acelerado paso de los descubrimientos es tal vez ms evidente en el campo de la electrnica. En este siglo, la transmisin primitiva de seales ha sido reemplazada por redes modernas de comunicacin con sistemas masivos de conmutacin provistos de componentes electrnicos (11). A partir de la invencin del transistor, en 1947, los dispositivos semiconductores han sustituido en gran medida a los tubos de vaco como dispositivos amplificadores de seales electrnicas. El diodo transistor y semiconductor propici una gran reduccin en el tamao de los equipos electrnicos. Con el advenimiento de los circuitos integrados baratos, producidos en masa sobre diminutos chips de silicio, se han dado cambios revolucionarios en el diseo electrnico (Fig. 13). Adems de lo reducido de su tamao, tales dispositivos ofrecen una transmisin confiable y rpida de seales a travs de circuitos, lo que ha permitido desarrollar circuitos conmutadores ms rpidos y computadores digitales (1, 14).

Figura 13.- Memoria de acceso aleatorio de 64 KB, sostenida en la punta de los dedos (Cortesa de IBM Corporation.)



Debido a limitaciones de espacio, slo ha sido posible describir brevemente unos cuantos de los extraordinarios logros de ingeniera que han ocurrido durante el siglo XX. Esperamos que los ejemplos descritos hayan podido infundir en el lector algo del entusiasmo y de los retos inherentes a una carrera de ingeniera. Mirando hacia el futuro, los ingenieros tendrn que enfrentarse a una infinidad de problemas complejos de consecuencias a largo plazo, entre los que cabra mencionar: 1. El descubrimiento de fuentes alternativas de energa que sustituyan a los menguantes suministros mundiales de carbn y petrleo. 2. El desarrollo de formas de mantenimiento y rehabilitacin de la enorme infraestructura de obras pblicas en deterioro. 3. Un mayor desarrollo de la tecnologa de microcomputadores y extensin de sus aplicaciones. 4. El desarrollo de tecnologas que logren incrementar la productividad agrcola para hacer frente a los problemas de la creciente poblacin mundial y el hambre. 5. El diseo de estructuras ms resistentes a terremotos, tormentas y otros azotes de la naturaleza. 6. El desarrollo de mejores formas de disponer de desechos peligrosos, incluyendo los desechos radiactivos asociados a la produccin de energa nuclear. 7. La exploracin del espacio interplanetario y el descubrimiento de aplicaciones de la investigacin espacial a usos militares y pacficos. REFERENCIAS 1. GREGORY, MALCOM S., History and Development of Engineering, Londres, Longnian Group Limited, 1971. 2. FINCH,,AMES KIP, The Story of Engineering, Garden City, N.Y., Anchor Books, Doubleday and Company, lnc., 1960. 3. DE CAMP, L. SPRAGUE, The Ancient Engineers, Garden City, N.Y., Doubleday and Company, lnc., 1963. 4. FINCH, J. KIP, "Masters Builders of Mesopotamia", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, abril de 1957. 5. HATHAWAY, GAIL A., "Dams-Their Effect on Some Ancient Civilizations", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, enero de 1958. 6. UPTON, NEIL, An lllustrated History of Civil Engineering, Londres, William Heinemann, Ltd., 1975. 7. BEAKLEY, GEORGE C. y LEACH, H. W., Engineering: An lntroduction to a Creative Profession, 4a. ed., Nueva York, Macmillan Publishing Company, 1977. 8. WHITE, J. E. MANCHIP, Ancient Egypt: lts Culture and History, Nueva York, Dover Publications, lnc., 1970. 9. FINCH, J. K., "The Greek Architekton-Part 1", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, mayo de 1957. 10. FINCH,J.K., "The Greek Architekton-Part 2", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers ,junio de 1957. 11. PAYNE, ROBERT, Ancient Rome, Nueva York, American Heritage Press, 1970. 12. FINCH, J.K., "Roman Builders of the Republic-Part 1", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, agosto de 1957. 13. FINCH,].K., "The Architectus of the Roman Empire-Part 2", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, noviembre de 1957. 14. SMITH, RALPH J., BUTTLER, BLAINE R. y LEBOLD, WILLIAM K., Engineering as a Career, 4a. ed., Nueva York, McGraw-Hill Book Company, 1983. 15. LOBLEY, DOUGLAS, Ships Through the Ages, Londres, Octopus Books Limited, 1972. 16. JENSEN, OLIVER, The American Heritage History 01 Railroads in America, Nueva York, American Heritage Publishing Company, Inc., 1975. 17. PAQUETTE, RADNOR J, ASHFORD, NORMAN y WRIGHT, PAUL H., Transportation Engineering: Planning and Design, Nueva York, John Wiley & Sons, Inc., 1982. 18. Transportation in America, Washington, D.C., Transport Policy Associates, marzo de 1987. 19. MVMA Motor Vehicle Facts and Figures '85, Detroit, Michigan, Motor Vehic1e Manufacturers Association, 1985. 20. "Milestones in U.S. Civil Engineering", Civil Engineering, Nueva York, American Society of Civil Engineers, octubre de 1977. 21. Statistical Abstract 01 the United States 1986, 106a. ed., U.S. Department of Commerce, Bureau of the Census, diciembre de 1985.

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