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La evolución del acero a través de la industrialización

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En el siguiente artículo hablaremos sobre los tres grandes períodos que atravezó la evolución del acero.
Primer período: “La Revolución Industrial modifica las técnicas constructivas”
Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado, produciéndose una masa esponjosa de hierro. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.
Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero. Los materiales básicos empleados para fabricar arrabio son mineral de hierro, coque y caliza.
La Revolución Industrial, que comienza en Inglaterra hacia el año 1760, acarreó numerosos cambios en todas las culturas del mundo. El incremento de la capacidad productiva y la invención de nuevos procesos industriales trajeron consigo la creación de nuevos materiales de construcción, como el hierro colado, el acero laminado o el vidrio plano en grandes dimensiones, y con ellos la posibilidad de construir nuevas composiciones hasta entonces ni siquiera soñadas.
El desarrollo mundial del uso del acero en distintos ámbitos, tuvo su impulso inicial en países como Inglaterra, Francia y Estados Unidos. Muestra de ello:
·         El Puente de Arco, terminado de construir en 1779 en Inglaterra, que ha sido considerado el primer logro importante de Obras Públicas en Europa.
·          El primer edificio construido enteramente con hierro y vidrio fue el Cristal Palace (1850-1851; reconstruido entre 1852 y 1854) en Londres, una gran nave preparada para acoger la primera Exposición Universal, que fue proyectada por Joseph Paxton, que había aprendido el empleo de estos materiales en la construcción de invernaderos. Este edificio fue levantado en sólo 9 meses y por ello podemos considerarlo como el precursor de la arquitectura prefabricada, con él se demostró la posibilidad de hacer edificios bellos en hierro.
·          Entre los escasos ejemplos de utilización del hierro en la arquitectura del siglo XIX destaca un edificio de Henry Labrouste, la biblioteca de Santa Genoveva (1843-1850) en París, un edificio de estilo renacentista en su exterior pero que en su interior dejaba ver la estructura metálica.
·         Los edificios de hierro más impresionantes del siglo se construyeron para la Exposición Universal de París de 1889: la nave de Maquinaria y la célebre torre (1887) del ingeniero Alexander Gustave Eiffel. En esa época, estructuras como la Torre Eiffel, se transformaban en símbolos de una nueva cultura.
Segundo Período: Primeros procesos de industrialización del acero
Uno de los inventos del siglo XIX fue la producción industrial de acero; los hornos de laminación producían vigas de hierro mucho más resistentes que las tradicionales de madera. Es más, los redondos o varillas de hierro se podían introducir en la masa fresca de hormigón, aumentando al fraguar la capacidad de este material, dado que añadían a su considerable resistencia a compresión la excepcional resistencia del acero a tracción.
Desde este momento los forjados con vigas de hierro sustituyen paulatinamente a los antiguos tablados de madera
Después de la II Guerra Mundial se introdujo la presurización de los hornos, como técnica que permite una mejor combustión del coque y una mayor producción de hierro. Hay otros métodos de refinado del hierro que se han practicado de forma limitada (Proceso de crisol abierto, Proceso básico de oxígeno, Acero de horno eléctrico, Hierro forjado).
A lo largo de estos años se han presentado importantes avances tecnológicos y las plantas modernas que laminan en frío, que usan planchas livianas para producir perfiles, planchas onduladas para techos, pisos, muros y paneles aislantes, son algunos ejemplos del estado actual que han permitido un amplio desarrollo en construcciones industriales como las de la celulosa, fundiciones y refinerías, distintos sistemas de tratamiento y transporte, entre otros. Otro avance tecnológico a observar es el que ha tenido el material en mejoras de protección contra la corrosión y de acabado de superficie tanto en planchas y flejes de acero de uso industrial como de construcción. En este tipo de protección se considera la galvanización, aluminización, estañado y prepintado. Sus usos y aplicaciones dependen de las características y ubicación geográfica de las estructuras.
Al hablar de los primeros procesos de industrialización tenemos que hablar del sistema Steel Framing que  es un sistema constructivo liviano,  ya que no necesita  equipos y maquinaria pesada para su uso, y abierto, dado que permite cualquier tipo de terminación exterior e interior. Este sistema de última generación no es mas que la evolución del "ballon frame" Americano que se utiliza con estructura  de madera desde hace muchísimos años. Para entender el concepto de Steel Framing, comenzaremos definiendo el término "Framing". "Frame" quiere decir conformar un Esqueleto estructural compuesto por elementos livianos diseñados para dar forma y soportar a un edificio. "Framing" es el proceso por el cual se unen y vinculan estos elementos. Los cambios en el concepto de fabricación, tienen aspectos tecnológicos muy relevantes:
- La optimización de la utilización de la Energía.
- La optimización de la fabricación de acero y su calidad.
- El crecimiento de la Industria de las Maquinarias y Herramientas.
- El concepto de Producción en masa o en gran escala, la llamada línea de montaje o producción
Conceptos que definen el Steel Framing
·         Abierto
      Es abierto porque se puede combinar con otros materiales dentro de una misma estructura, o ser utilizado como único elemento estructural. En edificios en altura se utiliza para las subdivisiones interiores y para la estructura secundaria de revestimiento de fachadas. En edificios entre medianeras logra adaptarse perfectamente a las exigencias y situaciones existentes. En viviendas, y en otros edificios de menor altura, puede ser el único material estructural utilizado, haciendo de base a substratos en cubiertas y fachadas.
·         Flexible
      El proyectista puede diseñar sin restricciones, planificar etapas de ampliación o crecimiento, debido a que no tiene un modulo fijo sino uno recomendado de 0,40/ 0.60 mts. o menos. Admite cualquier tipo de terminaciones tanto exteriores como interiores.
·         Racionalizado
      Se lo considera racionalizado por sus características y procesos, ya que establecen la necesidad de pensar y trabajar con 3 decimales, lo cual hace mas precisa la documentación de obra, y del mismo modo, su ejecución. Una de sus cualidades más destacadas, es la precisión propia del material en su conformación, permitiendo un mejor control de calidad. En situaciones de trabajos de gran envergadura, la estandarización se hace notable y contribuye a la disminución y optimización de los recursos.
·         Confort y Ahorro de Energía
      El sistema permite pensar y ejecutar de una manera más eficiente las aislaciones, las instalaciones y todos los ítems que redundan en un mayor confort de la construcción. El Steel Framing, es especialmente apto para cualquier tipo de clima y situación geográfica, sobre todo las extremas.
·         Optimización de Recursos
      Por ser un sistema liviano nos da la posibilidad de rapidez de ejecución incluyendo el panelizado, y posterior montaje. La ejecución de las instalaciones es realmente sencilla y muy eficiente. Estas características influyen en gran medida en el aprovechamiento de los materiales y de la mano de obra, ya que la planificación se hace más sencilla y precisa, pudiendo cumplir las metas fijadas en cuanto a los recursos económicos y de tiempo. Las reparaciones son muy simples y la detección de los problemas de pérdidas en cañerías de agua es inmediata.
·         Durabilidad
      El Steel Framing utiliza materiales inertes y nobles como el acero galvanizado, lo cual lo convierte objetivamente en extremadamente durable a través del tiempo.
·         Reciclaje
      La composición del acero producido en la actualidad incluye más de un 60% de acero reciclado, por lo que, desde un punto de vista ecológico, lo caracteriza como muy eficiente.
Conceptos que definen el Acero Galvanizado para Steel Framing
·         El Acero es un material de los llamados "nobles", tiene una gran estabilidad dimensional.
·         El Acero como material fue utilizado en la construcción con anterioridad que el Hormigón Armado, por lo cual es considerado "tradicional"
·         El Acero Galvanizado Liviano es una evolución tecnológica de Acero Laminado y todo indica que en el siglo XXI esta evolución continuará.
·         El Acero galvanizado es un material no combustible con una gran resistencia al fuego. Protegido con los elementos inertes correspondientes ese valor aumenta a niveles comparables a los de materiales de los sistemas de construcción tradicional o sistemas húmedos.
·         El Acero Galvanizado no es atacado por termitas ni otros animales otorgando, sin embargo, el espacio para albergar la aislación requerida.
·         El Acero Galvanizado es 100% reciclable.
Tercer Período: “El acero hoy, un hecho industrial en su máximo desarrollo”
En esta etapa nos referimos al acero como un hecho industrial y comercial.
Estos avances en el rubro han permitido que este material tenga una flexibilidad de uso, haciendo que sus límites  en la construcción disminuyan notablemente.
Para entender este último proceso la industria ha buscado sus propias soluciones, al generar distintos tipo de acero, clasificándolo  según su uso y calidad, de esta manera hoy el mercado ofrece tantas otras: aceros al carbono, aceros aleados, aceros de baja aleación ultra resistente, acero inoxidable.
·         Aceros al carbono: Más del 90% de todos los aceros son aceros al carbono. Estos aceros contienen diversas cantidades de carbono y menos del 1,65% de manganeso, el 0,60% de silicio y el 0,60% de cobre.
·         Aceros aleados: Estos aceros contienen una proporción determinada de vanadio, molibdeno y otros elementos, además de cantidades mayores de manganeso, silicio y cobre que los aceros al carbono normales.
·         Aceros de baja aleación ultra resistentes: Es la más reciente de las cinco grandes clases de acero. Los aceros de baja aleación son más baratos que los aceros aleados convencionales ya que contienen cantidades menores de los costosos elementos de aleación. Sin embargo, reciben un tratamiento especial que les da una resistencia mucho mayor que la del acero al carbono. En la actualidad se construyen muchos edificios con estructuras de aceros de baja aleación. Las vigas pueden ser más delgadas sin disminuir su resistencia, logrando un mayor espacio interior en los edificios.
·         Aceros inoxidables: Los aceros inoxidables contienen cromo, níquel y otros elementos de aleación, que los mantienen brillantes y resistentes a la herrumbre y oxidación a pesar de la acción de la humedad o de ácidos y gases corrosivos. Algunos aceros inoxidables son muy duros; otros son muy resistentes y mantienen esa resistencia durante largos periodos a temperaturas extremas.
·         Aceros de herramientas: Estos aceros se utilizan para fabricar muchos tipos de herramientas y cabezales de corte y modelado de máquinas empleadas en diversas operaciones de fabricación.
Esta nueva significación de las estructuras para el edificio y su proyecto nos lleva a la necesidad de enfocar nuevamente y reconsiderar las cuestiones básicas que subrayan los conceptos “estructura arquitectónica” y “proyecto estructura”. El análisis de lo que es en esencia una estructura técnica y de la función que la estructura desempeña en la creación arquitectónica proporcionará una base sólida para proponer la cuestión: Qué debe  saber el arquitecto sobre estructuras y en que grado.
Tanto el hombre como el impulso a la ingeniería y arquitectura han sido factores que han permitido pasar de puentes de acero de 30m a fines del siglo XVIII, a estructuras de más de 2 kilómetros en nuestros días. Así también, de pequeños edificios a mediados del siglo XIX a estructuras como las Torres Petronas de Kuala Lumpur, ubicadas en Malasia y con más de 450m de altura. Los ejemplos anteriores son claras muestras de las infinitas capacidades y posibilidades que entrega el acero al desarrollo de los países del mundo.

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El acero y sus características generales
Los aceros son aleaciones de hierro-carbono forjables, con porcentajes de carbono variables entre 0,03 y 2,00%. Se distinguen de las fundiciones, también aleaciones de hierro y carbono, en que la proporción de carbono es superior para estas: entre 1,5 y el 4%.
La diferencia fundamental entre ambos materiales es que los aceros son, por su ductilidad, fácilmente deformables en caliente utilizando forjado, laminación o extrusión, mientras que las fundiciones son frágiles y se fabrican generalmente por moldeo.
Además de los componentes principales indicados, los aceros incorporan otros elementos químicos. Algunos son perjudiciales (Impurezas) y provienen de la chatarra, el mineral o el combustible empleado en el proceso de fabricación; es el caso del azufre y el fósforo. Otros se añaden intencionalmente para la mejora de alguna de las características del acero (Aleantes); pueden utilizarse para incrementar la resistencia, la ductilidad, la dureza, etcétera, o para facilitar algún proceso de fabricación como puede ser el mecanizado. Elementos habituales para estos fines son el níquel, el cromo, el molibdeno y otros.
La densidad promedio del acero es 7850 Kg. /m3.
El acero es actualmente la aleación más importante, empleándose de forma intensiva en numerosas aplicaciones, aunque su utilización se ve condicionada en determinadas circunstancias por las ventajas técnicas o económicas específicas que ofrecen otros materiales: el aluminio cuando se requiere mayor ligereza y resistencia a la corrosión, el hormigón armado por su mayor resistencia al fuego, los materiales cerámicos en aplicaciones a altas temperaturas, etcétera.
Los procedimientos de fabricación son relativamente simples y económicos.
Presentan una interesante combinación de propiedades mecánicas, las que pueden modificarse dentro de un amplio rango variando los componentes de la aleación o aplicando tratamientos.
Su plasticidad permite obtener piezas de formas geométricas complejas con relativa facilidad.
La experiencia acumulada en su utilización permite realizar predicciones de su comportamiento, reduciendo costos de diseño y plazos de puesta en el mercado.
Tal es la importancia industrial de este material que su metalurgia recibe la denominación especial de siderurgia, y su influencia en el devenir de la humanidad queda reflejada en el hecho de que una de las edades de hombre recibe la denominación de edad de hierro, la que comenzó hacia el año 3500 AC, y que aún perdura.
El paso del tiempo no ha modificado estas características generales sino que ha acompañado el desarrollo de la misma desde su estado natural hasta atravesar los procesos de industrialización actuales.
Conclusión:
“El uso del acero evolucionó a través de la industrialización, para un mejor aprovechamiento de este”
Analizando estas tres etapas  podemos comprobar esta evolución tanto en un nivel físico, como en un nivel técnico. Se logró una practicidad en las construcciones, abaratando los costos de obra, y acortando los tiempos de construcción. Estas exigencias han llevado a la tecnología a mejorar  esta materia prima, estandarizando las dimensiones y mejorando las condiciones físicas para un mejor aprovechamiento de esta.
Es claro que los escasos recursos colaboraron a la búsqueda de desarrollar alternativas que solucionaran esta condición.
El acero ya sea en su estado natural o en su proceso de industrialización  es un material que conserva su nobleza permaneciendo  indispensable, aceptando las alteraciones sufridas a lo largo  del tiempo.
Esto quedo demostrado a través del paso del tiempo en el que las construcciones de han ido adaptando a las necesidades del habitar y como esto forzó al material a  su forma. El hombre durante muchos años lo único que hizo fue darle forma acorde a sus necesidades, hasta que llega la revolución industrial en la que el hombre empieza no a querer dale forma solo al material sino al material y a la forma.

Livia Litmanovich y Ruth Grazul 

Bibliografía consultada:

BENEVOLO, Leonardo; Historia de la arquitectura moderna.  8ª. ed. 2ª. imp. (03/2002).

Consul Steel.

Diccionario Enciclopédico Hachette-Castell, Ediciones Castell 1981

GEZAN, Ivan: El Acero y la Diversificación de su Uso. Instituto Chileno del Acero

FRAMPTON, Kenneth: Historia crítica de la arquitectura moderna.
Enciclopedia Encarta 98

Lajiribilla

* Olla de acero, imágen tomada por exnovo. Licencia Creative Commons.