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BREVE HISTORIA DE LA INGENIERÍA ESTRUCTURAL
EL EMPIRISMO
En algún momento de sus inicios, el hombre inventó algunas máquinas sencillas para facilitar su labor. Desde épocas muy antiguas ya existían el plano inclinado, con sus dos modalidades: la cuña y el tornillo y la palanca con sus tres derivados: la polea, la rueda y el eje. Puede decirse que durante la historia, sólo se ha añadido una máquina a las usadas por el hombre prehistórico: la prensa hidráulica, inventada por Pascal, en 1620. Debe anotarse que la ingeniería estructural existía como un arte en la antigüedad, mas no como una ciencia. No existen registros sobre consideraciones racionales acerca de la resistencia de los materiales o del comportamiento de los miembros estructurales, hasta que Galileo intentó analizar la viga en voladizo, en 1638 d.C. Aparentemente, los constructores actuaban por reglas empíricas, que se transmitían de generación en generación, conservadas en secreto por los artesanos y rara vez modificadas por nuevos conocimientos. A pesar de ello, las estructuras construidas durante estos períodos no dejan de sorprender.
El primer ingeniero estructural parece haber sido IMHOTEP, conocido como el constructor de la pirámide escalonada de Sakkara, alrededor de 3000 a.C. Durante los siglos de historia del antiguo Egipto se construyeron muchas estructuras maravillosas -como la pirámide de GIZEH-, y numerosos templos y tumbas. Prácticamente los únicos elementos estructurales usados fueron la viga y la columna. Aunque usaron el arco como elemento arquitectónico, estructuralmente sólo se ha encontrado uno, construido alrededor de 1500 a.C. Durante los mismos siglos, las civilizaciones del Eufrates desarrollaron sus propios métodos de construcción. Las murallas se construían en adobe de barro secado al sol y recubierto con ladrillos horneados y decorados de colores. En sus construcciones, los Asirios usaron, tal vez, el verdadero arco, así como la viga y la columna. Los ladrillos de barro no pudieron resistir el embate del tiempo, como sí lo hicieron las construcciones egipcias. “Babilonia retornó al barro del cual había sido construida y sólo los montículos indican su antigua ubicación”, decía Sir Banister Fletcher1.
Es posible que la mecánica empiece con ARISTOTELES (384-322 a.C.), o más seguramente, con el autor del tratado Problemas de Mecánica, el cual es un texto de mecánica práctica dedicado al estudio de las máquinas simples. En sus obras Tratado de los Cielos y Física, Aristóteles trata conceptos de mecánica y su aplicación a la estática, lo cual podría considerarse como el origen del “Principio de las Velocidades Virtuales”.
El más importante de los físicos griegos fue ARQUIMEDES (siglo III a.C.), el más célebre de la antigüedad y uno de los matemáticos más notables de todos los tiempos. Su obra Tratado sobre el equilibrio de las superficies, lo convierte en el fundador de la estática. En él desarrolla las leyes de la palanca e introduce el término “centro de gravedad”. Plutarco cita en su obra Vida de Marcelo la famosa expresión sobre la eficiencia de la palanca atribuida a Arquímedes: si hubiera otro mundo y pudiera ir a él, podría mover éste. Aunque Arquímedes nunca escribió sobre cosas prácticas como las máquinas, éstas constituyen los inventos mecánicos que lo hicieron famoso, v. gr.: la catapulta, la bomba de espiral y los aparejos de poleas, que detuvieron a los romanos por más de tres años en el sitio a Siracusa.
Figura 1.1 Pont du Gard, puente-acueducto romano en mampostería de piedra, sur de Francia; long:173 m, alt: 49 m; tomado de referencia 11
Aunque los romanos hicieron poco por la ciencia, comparados con los griegos, sobrepasaron a sus antecesores y contemporáneos en los desarrollos de Ingeniería. Para garantizar el desplazamiento de sus ejércitos desarrollaron su notable habilidad como constructores de puentes. Fueron famosos por su longitud los puentes sobre el Rhin de longitud superior a los 500 m, en pilotes de madera y el de Trajano sobre el Danubio de casi 1200 m, construido en arcos de madera.
Figura 1.2. Acueducto romano de Segovia
Los romanos desarrollaron el auténtico arco semicircular de mampostería que usaron ampliamente para sus puentes y acueductos; entre éstos deben mencionarse el “Pont du Gard” en Francia y el “acueducto de Segovia” en España, aún existentes y verdaderas estrellas del turismo mundial. Así como los egipcios y los griegos habían usado ampliamente la viga y columna de piedra, los romanos desarrollaron, además del arco de mampostería, la cúpula de piedra, de la cual es destacable el Panteón en Roma, construido en el año 123 y que permaneció durante casi dieciocho siglos como la mayor luz en estructura alguna (44 m)2.
Figura 1.3 Interior del Panteón
Roma Durante la Edad Media no encontramos ningún científico que pueda compararse con Arquímedes, aunque los árabes mantuvieron el conocimiento y difundieron nuestro sistema de numeración decimal, creado en la India alrededor del año 600 d.C. La creación en Italia de la primeras universidades alrededor del año 1200 d.C., rompe ese período de hibernación científica producido en esa época. Al principio el progreso fue lento, pues los científicos eran tildados de herejes, situación que apenas cambió en el siglo XVIII, cuando la investigación científica se libró de la suspicacia y persecución anteriores. En el siglo XIII Roger Bacon en su obra: “Opus Majus”, hizo énfasis en la importancia de la experimentación en la ciencia; predijo el descubrimiento del telescopio y el microscopio.
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