El invento de los grandes Canales

Esclusas de un canal

El canal de Panamá tiene varios niveles, por lo que los barcos deben atravesar esclusas para subir o bajar de un nivel a otro. Aquí vemos la esclusa de Miraflores, en la vertiente del Pacífico del canal.

Canal (ingeniería), cauce de agua artificial construido por motivos de riego, drenaje, para convertir una vía en navegable o como parte de una presa hidroeléctrica. Este artículo sólo describe las vías navegables, que en general son de dos tipos: canales para barcos, lo bastante profundos para que circulen buques transoceánicos, y canales poco profundos, utilizados sobre todo por barcazas.

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CONSTRUCCIÓN

Barco atravesando una esclusa

Las esclusas son una serie de compuertas diseñadas para que una embarcación pase de un nivel de agua a otro. Aquí, después de que el barco haya entrado en la esclusa, se cierran todas las compuertas y se abre el desagüe inferior para vaciar la esclusa hasta que el agua alcance la misma altura en la esclusa y en el nivel inferior. Entonces se abre la compuerta inferior y el barco continúa su viaje río abajo.

La construcción de un canal consiste en excavar un corte abierto con las potentes herramientas y máquinas que se usan en la construcción. Las paredes del surco se recubren con cemento para evitar la erosión que produciría en las orillas el movimiento del agua por el paso de los barcos y que cegaría el canal. Los canales no pueden salvar pendientes, como las carreteras y las vías del tren, pero pueden hacerse en varios tramos escalonados. Donde hay tramos a diferentes niveles, los barcos se transfieren de uno a otro mediante esclusas. Una esclusa es una sección del canal cerrada por compuertas en sus dos extremos y donde el nivel del agua aumenta o disminuye a voluntad mediante válvulas o aliviaderos hasta alcanzar el nivel de la parte más alta o el de la parte más baja; cuando el nivel de la esclusa se ha igualado con el del tramo del canal la compuerta correspondiente se abre y el barco entra o sale de la esclusa.

También se utilizan rampas y elevadores para subir y bajar barcos pequeños. Las rampas tienen unos raíles (rieles) sobre los cuales los barcos se remolcan de una altura a otra mediante cables. En los elevadores el barco se conduce a un tanque móvil, que se eleva o desciende hasta alcanzar el nivel del siguiente tramo del canal.

Las esclusas, que se utilizan en la mayoría de los canales de varios tramos, tienen ciertos inconvenientes. Los costes de construcción y mantenimiento son muy elevados; cuando los barcos son de gran tonelaje, resulta difícil mantener el suministro de agua para alcanzar el nivel del tramo superior, y además se crean corrientes que tienden a igualar los niveles, lo que hace que se produzcan grandes pérdidas en los niveles superiores en cada operación. Para evitar el uso de esclusas se construyen terraplenes a fin de salvar depresiones del terreno, acueductos para superar ríos y túneles para atravesar zonas montañosas.

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HISTORIA

Gran Canal de China

El Gran Canal de China, que une las ciudades de Pekín y Hangzhou, se construyó entre el siglo VI a.C. y el año 1327 d.C. El canal cubre una distancia de 1.782 km, y todavía se emplea.

Los primeros canales datan de muchos siglos antes de la era cristiana. Los asirios, egipcios, hindúes y los chinos los utilizaban como vías de transporte y comunicación. Hay restos de un canal cerca de Mandali, en Irak, que datan del año 4000 a.C.; el Gran Canal de China, de 1.782 km de longitud, comunica las ciudades de Pekín y Hangzhou. Su construcción comenzó en el siglo VI a.C. (terminó en el año 1327 d.C.) y todavía se utiliza en la actualidad. Las esclusas se inventaron a finales del siglo XV en Europa. En el siglo XVII se construyeron canales importantes en Francia, como el de Brière, Orleans, y los de Languedoc. En Rusia se construyó un extenso sistema de canales en el siglo XVIII para comunicar San Petersburgo con el mar Caspio. El canal Göta es un sistema de lagos, ríos y canales de 386 km de longitud, de los cuales 87 km son aptos para grandes buques, que comunica Estocolmo y Göteborg desde 1832; también en 1832 se terminó de construir el canal Ludwig, que une el Danubio con el Rin y el Main, con una extensión total de 177 km, y que permite la circulación fluvial ininterrumpida desde el mar del Norte hasta el mar Negro. El canal de Suez, inaugurado en 1869, comunica el Mediterráneo con el mar Rojo. El canal de Panamá, inaugurado en 1914, comunica los océanos Atlántico y Pacífico. La construcción en 1938 del canal Mittelland, de 467 km, completó el sistema de vías navegables que cruza de este a oeste el interior de Alemania. Este sistema tiene una longitud total de 11.265 km y se extiende desde el canal Dortmund-Ems, al este del Rin, hasta Magdeburgo, al norte del río Elba.

En Inglaterra el primer canal se construyó en 1134, durante el reinado de Enrique I, para unir los ríos Trent y Witham. Pero cuando la construcción de canales en el Reino Unido floreció fue a finales del siglo XVIII y principios del XIX. En esta época se construyeron el canal Leeds-Liverpool (1816), de 230 km de longitud; el Gran Canal en Irlanda (1756), que recorre 134 km de este a oeste entre Dublín y el puerto de Shannon por el río Shannon; el canal Caledonian (1847) es una vía navegable de 97,3 km que atraviesa Escocia y consta de 37 km de canales; por último, el canal de Manchester (1894) permitió la entrada de buques transoceánicos al puerto de la ciudad.

El sistema de canalización canadiense está compuesto por los canales del río San Lorenzo, los del río Ottawa, el canal Chambly, el Rideau y el Trent. De ellos, el más importante ha sido el sistema de canales de San Lorenzo, que constituía una vía de 4,3 m de profundidad desde el lago Superior y el golfo de San Lorenzo. Como parte del proyecto para construir el canal de San Lorenzo, inaugurado en 1959, se ahondó el canal hasta los 8,2 m para permitir el paso de grandes buques transoceánicos de hasta 7,8 m de calado y comunicar el Atlántico con los puertos de los Grandes Lagos, como Chicago o Duluth.

En Estados Unidos, la construcción del canal del Erie, que comenzó en 1817, marcó el comienzo de una era de canalización que produjo un conjunto de 7.242 km de canales (sobre todo en los estados de la parte central). Gracias a esto se produjo la apertura para la colonización del Medio Oeste americano. Otros canales más recientes, como los del río Mississippi, que forman una vía de 2.956 km con 30 esclusas y presas, ya no están en funcionamiento; han sido reemplazados por trenes y vías navegables más modernas. El canal Intracostero, que recorre las costas del Atlántico y del Golfo, es fundamental en el sistema de vías navegables del interior de EEUU, que consta de 40.845 km.

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CANALES PARA BARCAZAS

En la mayoría de los grandes canales las barcazas se mueven mediante remolcadores que pueden arrastrar hasta 40 barcazas juntas. Las barcazas modernas están diseñadas para transportar mercancías específicas. Las barcazas-tolva transportan carbón, grava y grandes mercancías; otras van cubiertas y se utilizan para grano, productos químicos y demás productos que han de mantenerse secos; las barcazas-tanque transportan petróleo y otras sustancias líquidas. En algunos canales europeos las barcazas se remolcan a la sirga, en grupos de dos o más, con tractores diesel o de gasolina desde una orilla del canal. En otras zonas se utilizan todavía animales de arrastre.

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CANALIZACIÓN DE RÍOS

Antaño se construían canales poco profundos paralelos a los ríos importantes en los puntos en los que ya no se podía navegar. Los barcos se desviaban al canal y al superar los obstáculos continuaban por el río. Gracias al desarrollo de la maquinaria pesada se ha optado por la canalización del propio río. Para ello hay que dragar el río en las zonas no navegables y construir presas y esclusas para controlar el nivel del río de un extremo al otro.

Véase también Industria naviera.

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CANALES PARA GRANDES BARCOS

Vista aérea del canal de Panamá

El canal de Panamá está formado por seis esclusas y otros canales artificiales. El canal cubre una distancia total de 81,63 km desde el océano Pacífico hasta el Atlántico a través del istmo de Panamá. Este barco está entrando en el canal por el lado del Caribe, en el océano Atlántico.

Los canales para grandes barcos son por lo general de dos clases: los que comunican dos lagos u océanos, como el canal de Suez o el de Panamá, y los que comunican un puerto interior con el mar, como el de Manchester y el de Houston.

Grandes canales navegables del mundo

Algunos canales navegables, como los de Suez o Panamá, acortan las rutas de navegación al conectar dos masas de agua. Otros, como el canal navegable de Houston o el canal entre el Báltico y el mar Blanco, conectan un puerto interior con el océano. Los ferrocarriles y camiones han absorbido gran parte del tráfico comercial que antes circulaba por los canales, pero siguen siendo una vía de transporte importante en algunas partes de Europa y Rusia.

NOMBRE Y LUGAR	LONGITUD (km)	AÑO DE INAUGURACIÓN
Báltico-Mar Blanco, Rusia	226,91	1933
Suez, Egipto	162,13	1869
Alberto, Bélgica	130,36	1939
Moscú, Rusia	128,75	1937
Kiel, Alemania	96,56	1895
Göta, Suecia	86,91	1832
Panamá, Panamá	81,63	1914
Houston, Estados Unidos	80,47	1914
Amsterdam-Rin, Países Bajos	62,76	1952
Manchester, Inglaterra	57,13	1894
Chicago, Estados Unidos	48,28	1900
Welland, Canadá*	44,42	1932
Juliana, Países Bajos	33,80	1935
Chesapeake-Delaware, Estados Unidos	30,58	1829
Cabo Cod, Estados Unidos	28,16	1914
Kronstadt-San Petersburgo, Rusia	27,36	1885
Lago Washington, Estados Unidos	12,88	1916
Nueva Orleans, Estados Unidos	9,66	1923
Sault Sainte Marie, Estados Unidos	2,57	1919
Sault Sainte Marie, Canadá	2,09	1895
* Reconstruido a partir del antiguo canal Welland, terminado originalmente en 1833

El invento de la Granada armamento

Granada (armamento), proyectil pequeño cargado con explosivos o con agentes químicos, incendiarios, productores de humo o capaces de iluminar. Las granadas se utilizan para atacar tropas enemigas, vehículos o posiciones fortificadas a corto alcance, y pueden ser arrojadas con la mano o lanzadas mediante un fusil de asalto. Las granadas diseñadas para el lanzamiento tienen una línea más aerodinámica que las granadas de mano, y de vez en cuando disponen de propulsoras para incrementar su alcance.

Las granadas explosivas se utilizan contra el personal protegido por barricadas y los vehículos de transporte acorazados. Las granadas incendiarias pueden prender fuego a una estructura militar inflamable. Las granadas de humo se usan como medio de identificación o de señalización; las granadas de iluminación producen una luz que resulta muy efectiva como defensa frente a las infiltraciones nocturnas y los intentos de sabotaje. Las granadas cargadas con químicos irritantes se utilizan para forzar la retirada del enemigo y también para el control de muchedumbres amotinadas.

La granada más antigua, un rudimentario depósito redondo de barro lleno de pólvora y provisto de una mecha, fue fabricada en Italia en 1427. Sin embargo la granada no alcanzó una utilización generalizada hasta los siglos XVI y XVII. Unos soldados llamados grenadiers, especializados en lanzar granadas, constituían unidades de elite diferenciadas. Los granaderos eran, por lo general, los soldados más altos y poderosos del regimiento. El perfeccionamiento del mosquetón acarreó, sin embargo, la obsolescencia de esas unidades. Durante la Guerra Ruso-japonesa (1904-1905) se utilizaron granadas en una cierta medida, y se generalizó su uso en las I y II Guerras Mundiales. En la actualidad las granadas son armas corrientes de las unidades de tierra.

Durante la Guerra Civil española se usaron botellas llenas de gasolina contra carros y vehículos con tanta eficacia como si fueran granadas. El cóctel molotov, hecho con botellas de cristal llenas de parafina y combustible de motor y tapadas con un harapo impregnado en gasolina se usaron con frecuencia y eficacia por la Unión Soviética en el transcurso de la II Guerra Mundial. También se utilizan en los aviones de guerrilla urbana, que con cierta frecuencia se han venido produciendo en las últimas décadas, en gran número de ciudades.

El invento del Fusil

Fusil, cualquier arma de fuego cuyo cañón tenga en su interior talladas estrías espirales que hagan girar la bala al dispararla. El término fusil se usa por lo general para referirse a un arma militar o deportiva que se dispara desde el hombro. El giro, provocado por efecto giroscópico, estabiliza el proyectil durante su avance al mantener su eje paralelo con la línea de vuelo. Por tanto incrementa el alcance y la puntería. La inclinación de las estrías espirales, es decir, el ángulo de giro, se da en número de calibres o diámetros de la bala, por vuelta. Por ejemplo, un fusil naval de 15,2 centímetros con un ángulo de una vuelta cada 30 calibres tiene una espiral que provoca una vuelta completa de la bala cada 4,6 metros. El ángulo de la espiral se calcula con mucha precisión para proporcionar el giro correcto al proyectil. Si la bala no gira lo suficiente tiende a dar vuelcos por el aire; si gira demasiado tiende a levantar la punta en vez de mantenerse paralela a su trayectoria. Los dos efectos provocan una pérdida de alcance y de exactitud.

La primera mención sobre el uso de armas cortas con cañón estriado, se encuentra en un edicto del Gobierno suizo de 1563. Eran unas armas burdas y tenían poca utilidad al emplear las balas de arma corta o de cañón de la época, ya que éstas eran esféricas. Al principio del siglo XIX aparecen las primeras armas que disparan proyectiles alargados que se cargan en una recámara. Durante la primera mitad del siglo las armas con el sistema de estrías espirales se incorporaron a la artillería y a las armas cortas de las naciones principales.

El invento de la Fatiga de materiales

Fatiga (materiales), deterioro progresivo de los metales que termina produciendo su rotura. La fatiga se produce cuando se aplica un esfuerzo repetitivo al metal. La deformación de un material o un objeto como resultado del esfuerzo se denomina fluencia. El esfuerzo de fatiga de una aleación corriente de acero es de alrededor de un 50% del esfuerzo límite y de un 75% del esfuerzo elástico, pero puede ser mucho menor en el caso de los aceros más duros tratados térmicamente. Si el esfuerzo elástico de una viga de metal es por lo general 450.000 N, puede resistir durante siglos un esfuerzo continuo de unos 410.000 N sin que se produzca una deformación apreciable. Un esfuerzo de 360.000 N aplicado y eliminado de forma cíclica podría causar un defecto por fatiga tras millones de aplicaciones. La fatiga no resulta relevante en estructuras de ingeniería civil, en las que el esfuerzo es continuo, pero las piezas de un motor que gira a 3.000 revoluciones por minuto pueden recibir un esfuerzo varios millones de veces en pocas horas. Los fallos producidos por la fatiga constituyen la mayoría de los daños estructurales que se producen en aparatos con funcionamiento cíclico, como por ejemplo los motores. Los ingenieros de diseño deben tener en cuenta el esfuerzo de fatiga de una máquina, en lugar del esfuerzo elástico o el esfuerzo límite.

La fatiga de los metales es un problema conocido desde la II Guerra Mundial, y que tiene mucha importancia en la industria del transporte aéreo. El aumento de la presión en los vuelos con mucha carga a alta velocidad y gran altura causa problemas a los ingenieros, sobre todo durante el diseño de las alas y los motores. Se desconocen los cambios estructurales exactos que se producen como consecuencia de la fatiga. El daño comienza, por lo general, en el punto donde se concentra la presión y se propaga a lo largo de las capas intercristalinas del metal. La rotura suele presentar estructura cristalina ordinaria excepto en los puntos en que las superficies se han suavizado al rozarse entre sí después de que la rotura comenzara. El término fatiga no es del todo correcto, dado que los momentos de ausencia de tensión no tienen ninguna influencia sobre el daño producido, con independencia de la duración de las pausas. Determinadas piezas complejas que trabajan con gran responsabilidad en el sistema, pueden ser sometidas a tratamientos térmicos de regeneración, aumentando así su ciclo de vida. Véase Ciencia y tecnología de los materiales; Metalografía; Resistencia longitudinal.

Escala de pH: soluciones comunes

El pH de una disolución es una medida de la concentración de iones hidrógeno. Una pequeña variación en el pH significa un importante cambio en la concentración de los iones hidrógeno. Por ejemplo, la concentración de iones hidrógeno en los jugos gástricos (pH = 1) es casi un millón de veces mayor que la del agua pura (pH = 7).

El invento de los Material compuesto

Material compuesto, sustancia obtenida por la combinación de dos o más materiales diferentes. Un material compuesto puede presentar propiedades mecánicas y físicas especiales, ya que combina las mejores propiedades de sus componentes y suprime sus defectos. Por ejemplo, el plástico reforzado con fibra de vidrio combina la alta resistencia de las delgadas fibras de vidrio con la ductilidad y la resistencia química del plástico; sin embargo, la fragilidad que presentan las fibras de vidrio aisladas no se manifiesta en el material compuesto. La oportunidad para desarrollar productos para la industria del motor y la ingeniería aeroespacial, así como otros usos recreativos, han mantenido el interés en este tipo de materiales. Pero los materiales compuestos también se utilizan en muchas otras aplicaciones, como en las obras públicas para construir puentes o reforzar pilares, y en productos biomédicos, como las de prótesis.

Los materiales compuestos suelen elaborarse con fibras sintéticas integradas en una matriz, material que las rodea y las fija. El tipo de material compuesto más utilizado es el compuesto de matriz polímera que consiste en fibras de un material cerámico, como el carbono o el vidrio, insertadas en una matriz plástica. Por lo general, las fibras ocupan alrededor del 60% del volumen en los compuestos de este tipo. También se utilizan matrices metálicas y cerámicas para sustituir a la matriz plástica; así se obtienen materiales más específicos, llamados compuestos de matriz metálica y compuestos de matriz cerámica respectivamente.

El componente fibroso de refuerzo de estos materiales puede consistir en fibras continuas o en segmentos cortos. Si se utilizan fibras cortas, éstas deben ser de mayor diámetro. Se suelen utilizar fibras largas continuas para elaborar materiales destinados a estructuras de alto rendimiento. La resistencia específica (relación entre resistencia y densidad) y la rigidez específica (relación entre elasticidad y densidad) de los compuestos de matriz polímera de fibras de carbono continuas, por ejemplo, pueden ser muy superiores a las de muchas aleaciones metálicas convencionales. Los compuestos también pueden tener otras propiedades, como alta conductividad térmica o eléctrica o un bajo coeficiente de dilatación. Además, de acuerdo a la orientación de las fibras o la forma en que estén entretejidas en la matriz, pueden fabricarse con propiedades estructurales específicas para usos concretos.

A pesar de presentar ventajas considerables sobre los materiales convencionales, estos materiales tienen algunos inconvenientes. Por ejemplo, los materiales compuestos de matriz polímera y otros tienden a ser muy anisotrópicos, es decir, su resistencia, rigidez y otras propiedades físicas son diferentes de acuerdo a la orientación del material. Por ejemplo, si se fabrica un material compuesto de matriz polímera de manera que queden paralelas todas las fibras, el material será muy rígido en paralelo a las fibras, pero muy poco en perpendicular a ellas. Estas propiedades anisotrópicas constituyen un reto importante para el diseñador que utilice estos materiales en estructuras que apliquen fuerzas multidireccionales a sus componentes. También es complicada la elaboración de uniones resistentes entre piezas de material compuesto.

La utilización generalizada de materiales compuestos no es posible aún debido a su elevado coste de fabricación. En la actualidad el proceso de producción de estos materiales es un proceso muy laborioso. Sin embargo, a medida que se desarrollen y mejoren estas técnicas, será posible producir grandes volúmenes de materiales compuestos con menor coste, lo que ampliará la utilización de estos materiales en muchos otros campos.

Escala de dureza de Mohs

La dureza de un material determina su durabilidad. La escala de Mohs se utiliza para evaluar la dureza relativa de una muestra al realizar pruebas de rayado sobre ella.

MINERAL	DUREZA	PRUEBA COMÚN
Talco Yeso	1 2	Se raya con una uña
Calcita	3	Se raya con una moneda de cobre
Fluorita Apatito	4 5	Se raya con la hoja de un cuchillo o el cristal de una ventana
Feldespato Cuarzo Topacio Corindón	6 7 8 9	Raya una hoja de cuchillo o el cristal de una ventana
Diamante	10	Raya todos los materiales comunes