Autores: Nina Casas Guzik, Pablo Arredondo Vera.

Carnegie Steel Company.

Andrew Carnegie, un inmigrante escocés, creó su primera planta acerera, la Edgar Thomson Steel Works, en Braddock Pennsylvannia en 1872. La planta comenzó a producir vías del ferrocarril en 1874. A partir de bajos salarios, tecnología eficiente, inversión en infraestructura y una buena organización, la planta comenzó a producir un margen de utilidad del 40% anual con el cual Carnegie y sus socios compraron otras plantas vecinas como la Homestead Steel Works. Todas estas plantas estaban cerca o sobre los ríos Allegheny, Monongahela y Ohio, lo cual abarataba los costos de transportación de las materias primas. Todas estas fábricas y sus activos se consolidaron en una sola empresa, la Carnegie Steel Company, en 1892.  

_{Ilustración 1. Andrew Carnegie (1835-1919)} 

 

Integración vertical 

Esta consolidación posibilitó la eliminación de puestos de trabajo equivalentes o espejeados, así como procesos redundantes en la administración y organización laboral de las plantas, abaratando aún más los costos. Del mismo modo, la Carnegie Steel Company buscó ser la dueña de los productores de los insumos requeridos para producir acero. De esta manera, se convirtió en la mayor productora de coque y arrabio, así como de los trenes y barcos fluviales de vapor que transportaban estos insumos a los hornos acereros. Carnegie fue pionero, junto con Rockefeller en el petróleo. En este proceso, llamado integración vertical, se disminuyeron aún más los costos de producción al eficientar la cadena de producción incrementando el margen de utilidad. Se generó un circuito de valor donde la compraventa de insumos, su transporte y su transformación eran controlados por la misma empresa a través de subsidiarias.  

Horno de solera 

Otra gran novedad que Carnegie introdujo a la industria acerera norteamericana fue el uso de los hornos de solera, los cuales reducían el contenido de carbono en el acero y permitían producir columnas y vigas con los niveles de resistencia y dureza necesarios para ser utilizados en la industria de la construcción, relegando y tomando el lugar del hierro forjado, hasta ese momento el material más usado en las nuevas estructuras del siglo XIX. Este nivel de calidad obtenido a través de la incorporación de una nueva tecnología, en conjunto con el abaratamiento de costos a través de la consolidación y de la integración vertical, fue lo que permitió que el nordeste de los Estados Unidos, desde Chicago hasta Nueva York, se convirtiera no sólo en la mayor plataforma industrial manufacturera del mundo sino en la cuna de emblemas de la modernidad como el rascacielos o el automóvil.  

Puente Eads  

Para demostrar las capacidades técnicas del acero en la construcción, Carnegie comisionó en 1867 el puente Eads que cruzaría el Río Mississippi al sur de su unión con el Río Missouri, el primer puente en hacer esto y al mismo tiempo sería el primer puente fabricado enteramente de acero y ya no de hierro forjado. Se inauguró en 1874 como un puente tanto para automóviles como para ferrocarril. Con el crecimiento de la red ferroviaria en los Estados Unidos y el crecimiento de la preponderancia en el comercio del nordeste, en particular Chicago, sobre el sur después de la Guerra Civil, el transporte fluvial en barcos de vapor había decrecido enormemente, volviendo a St. Louis un punto comercial de segundo orden. El primer puente de acero en cantiléver, el puente Eads, volvió a poner a St. Louis en el mapa del comercio transcontinental y probó que el acero producido por Carnegie en hornos de solera podía ser al mismo tiempo barato y resistente inaugurando una nueva era en la construcción.  

_{Ilustración 2. Puente Eads (crédito: Mitchell Schultheis)} 

Nina Casa Guzik.

Pablo Arredondo Vera.

Hacia la década de 1870, la gran mayoría del mineral de hierro, acero y hierro fundido era producido en la región de Ucrania del Imperio ruso. Ucrania era responsable del 75% de la producción de mineral de hierro para 1913, mientras que la región de los Urales, del 25% restante. Como parte del Primer Plan Quinquenal de Josef Stalin para implementar la rápida industrialización de la Unión Soviética, se decidió que el gobierno fondearía el establecimiento del complejo acerero más grande del mundo, siguiendo el modelo de las dos ciudades que en aquel momento eran los centros acereros más avanzados del mundo: la ciudad de Gary en Indiana y Pittsburgh en Pennsylvania. 

_{Ilustración 1. Horno en MMK década de 1930} 

En 1928 una delegación soviética visitó Cleveland, Ohio para planear -junto con la compañía consultora Arthur G. McKee- la construcción en Magnitogorsk de una copia de la planta de US Steel en Gary. El resultado final fue una planta con una producción anual de más de 4 millones de toneladas de acero. La construcción del complejo inició en 1929 con la llegada de miles de trabajadores de toda la Unión Soviética. Los hornos fueron prendidos en 1932 aunque, como había previsto la Arthur Mckee & Company, la planta tuvo que detener su producción unos meses después debido a la necesidad de reparaciones serias en los hornos que habían sido iniciados sin estar listos. Finalmente para 1933 la planta ya producía acero. 

_{Ilustración 2. Construcción del complejo acerero de Magnitogorsk con sus 6 hornos} 

La Unión Soviética era en ese momento una muestra de los grandes logros en la industrialización del acero, contando además con una reserva inmensa de mineral de hierro al alcance de la mano, se perfilaba como una gran competidora para sus contrapartes occidentales. Sin embargo, la mayor parte de los trabajadores de la planta no eran obreros sino campesinos sin ninguna formación o experiencia industrial. Para resolver esto, cientos de trabajadores especializados fueron traídos de occidente para organizar y dirigir las labores. 

_{Ilustración 3. Complejo acerero de Magnitogorsk (crédito: Shagin / Иван Шагин)} 

Segunda Guerra Mundial. 

MMK jugó un papel importante dentro del esfuerzo soviético contra la invasión nazi al ser, tanto la planta acerera más grande de la Unión Soviética, como por su ubicación del lado este de la cordillera de los Urales, lejos del frente y del alcance de las fuerzas nazi. El plan estratégico de construir varias plantas en zonas centrales de la URSS para sostener el posible esfuerzo defensivo de la patria soviética existía desde los años 20s; sin embargo, no se siguió del todo durante la década de los 30s. Es por esto que varias fábricas e industrias en Ucrania, Bielorrusia y la región alrededor de Leningrado fueron desmontadas y reubicadas pieza por pieza a la región de los Urales donde ya se encontraba MMK. Después del primer ataque a la URSS el 22 d junio de 1941, MMK recibió su primera orden de armadura metálica. Para esto se desarrolló un buró que dirigía la investigación, experimentación y prueba de distintas tecnologías y procesos para la producción de acero en particular para la producción en serie de tanques. Para finales de ese mismo año, MMK se había convertido en el mayor arsenal militar del país al producir municiones, granadas de fragmentación, componentes para misiles y la producción en línea del tanque T-34. 

Ilustración 4. Tanque T-34 

En 1928 la Unión Soviética producía 4.8 millones de toneladas de acero, para 1940 producía 18 millones y se alcanzaron 31 millones de toneladas de acero para 1951. Este crecimiento exponencial refleja la implementación de los planes quinquenales estalinistas, la expansión acelerada de la base productiva bélica durante la Segunda Guerra Mundial y da cuenta del proceso de industrialización más grande que se haya llevado a cabo en la menor cantidad de tiempo en la historia. Esto significó a su vez la transformación de la gran base campesina soviética en una primera generación de obreros con todas las consecuencias sociales que eso tuvo.  

Fermín Sánchez, ingeniero civil. 

Desde tiempos muy remotos, los seres humanos han aprovechado los espacios subterráneos para su beneficio y con múltiples fines: las primeras tribus nómadas empleaban las cavidades naturales para resguardo y protección, almacenamiento, rituales, hábitat, etcétera.  Con la aparición de las primeras civilizaciones, los humanos pasaron de simplemente ocupar cuevas a abrirse paso a través del subsuelo, empleando las primeras técnicas y herramientas de excavación. Los primeros espacios subterráneos a los que puede considerarse túneles fueron construidos como vías de comunicación, complejos estratégicos para la defensa, conducciones y almacenamientos de agua, accesos a cámaras mortuorias, así como para extraer recursos minerales; desde entonces, los excavadores de túneles se han valido de todo tipo de elementos estructurales rígidos para soportar el terreno en caso de que este no se mantuviera estable o simplemente no diera la sensación de seguridad.

Posiblemente los elementos de soporte más antiguos fueron, primero, los troncos y posteriormente las piedras, empleadas a modo de mampostería. La minería primigenia mantuvo durante milenios prácticamente las mismas técnicas de excavación y soporte. Una de las primeras técnicas de excavación en macizos rocosos de las que se tiene conocimiento consistía en perforar varios agujeros en el frente, para después introducir trozos de madera y humedecerlos, de manera que se expandieran y rompieran la roca; posteriormente se cincelaba. Dos personas llevaban a cabo la operación: una sosteniendo el cincel y la otra golpeándolo con un martillo.

La técnica de extracción del mineral en el antiguo Egipto era más sofisticada que la simple fuerza bruta: consistía en cavar agujeros alrededor de los bloques que se pretendía extraer y en ellos se introducían cuñas que servían de palanca. También adoptaron la técnica de excavación mediante fuego (Figura 6), que fue desarrollada en la Edad de Bronce y continuó como el método más utilizado hasta finales del siglo XIX, casi trescientos años después de que se comenzaran a usar explosivos en minería. Plinio describió este método con detalle: ocasionalmente se excavaba un tipo de sílex al que se le tenía que aplicar fuego en el frente y después arrojarle vinagre para enfriarlo y fracturar la roca; por otra parte, como resultado de esta operación, los túneles se veían invadidos por humos sofocantes y polvo.

Durante la Edad Media, los grandes avances en minería se experimentaron especialmente en un cinturón que se extiende desde el sur de Alemania, a través de Austria y la República Checa, hasta Hungría, donde la industria del metal tuvo un gran auge. El amplio conocimiento que se tiene en la actualidad sobre la minería medieval se debe a los escritos de Georg Bauer, nacido en Sajonia hacia 1494. Bajo el seudónimo de Georgius Agricola, Bauer escribió seis grandes tomos sobre geología, mineralogía y minería. Su libro De re metallica, publicado post mórtem en 1554, trata sobre tecnología minera y fundición de metales. En los textos de Agricola aún no se habla de una industria minera eficiente, competente y bien organizada; no obstante, muchos detalles sobre la tecnología de su tiempo se representan en esa publicación por medio de bellos grabados.

_{Grabado de De re metallica, (1556).}

A pesar del auge que experimentó la minería durante la Edad Media, en los grabados de De re metallica puede apreciarse que la excavación de la roca seguía realizándose con la técnica del martillo y la cuña, también se empleaba la técnica del fuego y el enfriamiento con agua, particularmente donde se encontraba la roca más dura.

En la Edad Media se introdujo un sistema de bombeo accionado por hombres, caballos o molinos de agua desde la superficie. Una serie de cubos sujetos a una cadena metálica recogían el agua de un cárcamo en el fondo del pozo, la subían y la vertían en un tanque en la superficie.

_{Grabado de De Re Metallica a) excavación, b) desagüe); 1556.}

Hacia el final de esta etapa resurgió la construcción diversificada de túneles. El primer túnel del Renacimiento fue la Mina de Daroca  en la provincia de Teruel, construido en el siglo XVI por Pierres Bedel para la conducción y el desvío de aguas pluviales que afectaban la villa aragonesa (Alonso, s/a).

_{Mina de Daroca. Tomada de https://historiacivil.wordpress.com/2012/11/28/713/la-mina-de-daroca-5/}

Y así continuaron construyéndose túneles para diversos objetivos, pero no fue sino hasta la segunda mitad del siglo XIX que, con la aparición del ferrocarril y el perfeccionamiento de las técnicas de fabricación del acero, comenzaron a construirse grandes obras de transporte que incluían túneles y puentes. No obstante, y a pesar de que el acero se empleaba extensivamente en la maquinaria de excavación y en las barrenas para perforar la roca, la madera continuó empleándose la madera para apuntalar y literalmente soportar el terreno.

_{Barrenadora Sommeiller (grabado en madera, 1863) (tomada de Kovari & Fechtig, 2000).}

_{Sur del túnel de Lötschberg, Suiza, circa 1910. Tomado de Kovári & Fechtig, 2000}

Fue ya bien entrado el siglo XX que se produjeron los mayores cambios con respecto al soporte y se introdujeron los marcos de acero y las placas de revestimiento. A partir de la década de 1920 comenzó a emplearse el acero de manera industrial ya que resultaba más fácil de instalar, era más resistente que la madera, reducía en gran medida la sección transversal del túnel y podía encajonarse en el revestimiento final de concreto colado in situ. Los marcos de acero retacados con madera se volvieron muy comunes y en las décadas de 1930 y 1940. También se utilizaron placas de revestimiento de acero, cuando fue necesario, para diversas aplicaciones de túneles en suelos inestables o rocas con fallas. El concreto colado in situ, con o sin refuerzo, se utilizó casi universalmente para el revestimiento final, así como tubos de acero inyectados con lechada y placas en túneles sometidos a grandes presiones internas.

_{Túnel Las Palomas, Autopista Durango-Mazatlán}

Hoy en día no puede entenderse la construcción de túneles sin la presencia universal del acero, presente a modo de marcos metálicos y puntales, anclas y o pernos de sujeción y anclaje, refuerzo para los elementos de concreto, micropilotes para sistemas de enfilaje, etcétera. Prácticamente todos los túneles que se construyen en el mundo tienen sendos talleres de corte y soldadura de piezas de acaro y siempre requieren de los mejores especialistas para este tipo de trabajos.

Y no olvidemos las grandes máquinas tuneladoras actuales, auténticos colosos que se asemejan a una gran fábrica con millones de piezas de acero con distintos fines y diferentes forma

 

Gerdau Corsa

Liga-Archivos Museo Tamayo

Gerdau Corsa, en alianza con LIGA DF diseñaron una pieza como lienzo expositivo totalmente de acero. Utilizando una viga IR de 24”x 55 lb/ft, cortándola en 18 piezas para formar 6 piezas modulares en forma de “Y” a celebración de los 40 años de la inauguración del museo Rufino Tamayo. Con motivo de este aniversario se expone un proyecto fotográfico mostrando desde los lentes de 6 fotógrafos, la arquitectura que conforma el edificio creado por los arquitectos Teodoro González de León y Abraham Zabludovsky en 1981.

La obra modular propuesta y diseñada por Gerdau Corsa, consta de 6 piezas individuales de 155 kg cada una, soldadas, que junto con VIRA Arquitectura creamos una composición de acero totalmente monolítica, teniendo un peso total de 926 kg. La pieza final quedó conformada en dos partes de 3 piezas modulares de 3.86 x 1.09 m.

Como primera fase, se cortó la viga para poder crear los módulos, utilizando 3 partes del material, después se procedió a soldarla, esto para que quedara unida y así formar una sola pieza sin uniones.

 

Como segunda fase, se tuvo que rellenar la cicatriz de soldadura con masilla epoxis, con la finalidad de que no se viera ninguna unión de las partes del módulo.

Nuestra tercer fase fue que, una vez pulidas, a cada “Y” se le fue dando un acabado, pintándolo de un color oscuro pero que no se alejara al acero, haciéndolo ver una como una obra pulcra y sin detalle.

En la cuarta fase, para la movilidad de la pieza, se mandó individualmente pues es una obra muy pesada. Al llegar a la sede de exposición, por las condiciones del suelo y para su fácil movilidad, se optó por una unión con puntos de soldadura, se realizaron alrededor de 6 puntos por módulo, ayudando a que la estructura estuviera inmovilizada.

Dando así  lugar a la exposición donde cada módulo representa a cada fotógrafo, mostrando su perspectiva acerca de este emblemático edificio que tiene la Ciudad de México.

Autor: Ing. Carlos Cházaro Rosario.

Definición de conexión.

Conjunto de elementos que se intersectan en un nodo con el fin de trasmitir esfuerzos entre sí apegándose a las condiciones del modelo ideal de la estructuración, las conexiones pueden ser unidas mediante tornillos de alta resistencia y/o soldadura.  

_{Fig. 1. Ejemplos de conexiones atornilladas y soldadas} 

Las conexiones forman una parte fundamental en las edificaciones de acero, ya que estas unen todos los elementos constitutivos de la estructura.  

La seguridad de las conexones dependen del un diseño adecuado y naturalmente de los procesos subsecuentes como es la fabricación y el montaje, en ocasiones se piensa que la seguridad de las conexiones dependen si se hacen con tornillos o con soldaduras.  

A continuación presentaremos el trabajo estructural de las diversas conexiones que pudieran existir.  

	ASD	LRFD
Rígida	Tipo I	Totalmente Restringida
Simple	Tipo II	Parcialmente Restringida
Semi – Rígida	Tipo III	Parcialmente Restringida

 

Las conexiones se clasifican en 3, rígidas, simples y semi-rígidas, además existen 2 metodologías de diseño en donde se tendrán una clasificación distinta en el caso del Diseño por Resistencia Permisible (ASD) serán de Tipo 1, Tipo 2 y Tipo 3, en el caso del Diseño por Factores de Carga y Resistencia serán Totalmente restringidas o Parcialmente restringidas.  

La clasificación de las conexiones será a partir de las restricciones que tienen con respecto a girar en el nodo donde se intersectan las barras a conectarse.  

Conexión Simple. Una conexión simple es aquella que permitirá rotación en el nodo.. Tanto el apoyo fijo como el apoyo móvil se consideran articulaciones, esto quiere decir que permiten rotación exactamente en el nodo y no hay restricciones contra el giro. 

Para que la conexión se considere simple, máximo deberá desarrollar el 20% de capacidad contra la rotación (capacidad de momento flexionante) de la trabe.    

   

_{Fig. 2. Conexión Simple} 

Para que en la realidad se presenten estas condiciones los perfiles deberán conectarse únicamente en el alma y que los patines generarían un par de oposición al giro y por esta razón será fundamental que queden desconectados. 

Como se puede observar en la figura 2. Únicamente se conecta el alma a través de tornillos de alta resistencia, en este caso el par generado por los tornillos deberá ser menor que que el 20% de resistencia a flexión de la trabe para que se considere que es conexión simple.  

Conexión Rígida. El empotramiento es una conexión que se supone desarrolla rigidez infinita, es decir, en este caso no existe rotación en el nodo y se contrarresta con un par de fuerzas que generan el impedimento contra el giro.  

Para que la conexión se considere totalmente restringida la capacidad de dicha conexión mínimo deberá resistir el 90% de la capacidad de la trabe.  

_{Fig. 3. Conexión Rígida} 

Uno de los criterios de estructuración establece que debemos desarrollar estructuras lo mas hiperestáticas posibles, en este caso este tipo de conexión permite que los marcos otorguen mayor rigidez contra los desplazamientos laterales ocasionados por fuerzas accidentales. Físicamente esta conexión deberá conectarse tanto los patines como el alma de los perfiles con el objetivo de que se desarrolle el par de fuerzas que logre impedir la rotación en el nodo, además deberá establecerse continuidad en el nodo con la utilización de los atiesadores presentes en la columna. En La Fig3. Se muestra la conexión típica de patines soldados y alma atornillada con la continuidad en la columna.  

 

Conexión Semi-Rígida. El resorte representa un vínculo de conexión que se encuentra entre cero rigidez y la rigidez infinita. Es decir, sabemos que no existe ningún material que tenga rigidez infinita porque invariablemente sufrirá deformaciones.  

En este caso para considerar que una conexión es semi-rígida, deberá fundamentarse entre el 20% y el 90% de capacidad de la conexión.   

_{Fig. 4. Conexión semi-rígida} 

Al igual que ene l empotramiento este sistema de conexión deberá establecerse con patines y alma, con la única diferencia de que no existe continuidad en ellos elementos que se están conectando.  

Suelen resultar económicas desarrollarlas de esta manera, sin embargo deberá tenerse cuidado en el momento en el que se plantean los modelos ideales de estructuración para colocar la rigidez adecuada y contrarresten movimientos laterales ante cargas accidentales.  

_{Fig. 5. Representación Gráfica de las Conexiones}