thumb|Trabajadores de la construcción metálica mini|Obreros montando la estructura metálica del Empire State Building en Nueva York (hacia 1931)
La construcción metálica es un campo de la edificación, pero también de la mecánica y de la ingeniería civil, que se centra en la ejecución de obras utilizando predominantemente acero, además de algunos otros metales.
El hierro y el acero se utilizaron marginalmente en la construcción durante mucho tiempo, antes del desarrollo de la metalurgia vinculado a la revolución Industrial. Posteriormente, la construcción hizo un uso intensivo de los productos estandarizados que las empresas siderúrgicas ofrecían en sus catálogos.
El uso del acero como elemento visto no se reconoció de inmediato, e inicialmente se utilizó en la construcción de estructuras, oculto tras las fachadas que siguieron siendo de piedra durante un tiempo.
Sin embargo, a finales de siglo XIX, algunos ingenieros, arquitectos y artistas se esforzaron por explorar más a fondo las posibilidades que ofrecía este material.Helmut C. Schulitz, Werner Sobek, Karl J. Habermann. Construire en acier. PPUR presses polytechniques, 2003. Consulter en ligne
Historia
alt=charpente métallique|mini|Una estructura de acero generalmente está compuesta por elementos mecanizados en taller y ensamblados in situ. Ofrece una alternativa económica y práctica a la construcción tradicional. Sin embargo, su diseño requiere cierto nivel de conocimientos técnicos, lo que podría explicar por qué durante mucho tiempo se reservó para polígonos industriales y edificios de gran tamaño
Inicialmente, el metal se trabajaba como la piedra. Los primeros metales reconocidos por la humanidad como distintos de la piedra, el cobre y el oro, se obtenían de la naturaleza como metales nativos, no como menas. Entre estos metales nativos, el cobre fue el primero en utilizarse (concretamente, en Anatolia, unos 7.000 años a. C.). Una rica colección de objetos de oro que datan del quinto milenio a. C. se descubrió en Varna (Bulgaria), y, además, se desenterraron en Irán algunos singulares objetos del quinto milenio a. C., realizados con hierro nativo, probablemente meteorítico. Posteriormente, se reconocieron nuevas propiedades del cobre, como su maleabilidad, la capacidad de fundir el metal puro con sus aplicaciones en la fundición, la fundición por reducción, que permite obtener el metal de sus menas, y el recocido, que homogeneiza el metal en su totalidad. En sus inicios, la metalurgia apenas requería mucho más que un taller de alfarero, y estas primeras fundiciones se ubicaban tanto en viviendas como en lugares especializados. Las pruebas realizadas con las muestras de casiterita halladas en excavaciones arqueológicas en Kestel o en Arslantepe, donde apareció un mineral de sulfuro complejo (ambas localidades situadas en Turquía), indican que se podían alcanzar temperaturas del orden de 1200 °C en el crisol donde el mineral se mezclaba con carbón vegetal, suficiente para fundir el cobre (1084 °C).
Es a partir de la Segunda Edad de Hierro cuando se desarrolló una auténtica industria siderúrgica en Europa. El hierro, cuya temperatura de fusión es de 1535 °C, se obtenía mediante cinglado a partir de masas de mineral en un estado pastoso intermedio, denominadas lupas, que se martilleaban para eliminar las escorias. Se han descubierto pasadores de hierro de refuerzo en murallas galas de origen celta.Pleiner R. Les débuts du fer en Europe. In: Dialogues d'histoire ancienne, vol. 8, 1982. p. 167-192 . Consulter en ligne Las primeras producciones metalúrgicas fueron marginales en comparación con las industrias lítica y cerámica, y tuvieron muy poco interés para la construcción, salvo para las herramientas. En cuanto a herramientas y armas, los primeros ejemplos presentan formas que reproducen modelos hechos de piedra, hueso, cerámica y concha. Reemplazaron a los objetos fabricados con estos materiales tras reconocerse las ventajas de los metales, principalmente las aleaciones de cobre-arsénico y cobre-estaño, ya fuese por su fabricación (rapidez de ejecución, facilidad de fundición y producción de series cortas, posibilidad de reparación y reutilización del metal) o por sus cualidades inherentes (robustez, dureza y filo de las armas). El aspecto externo del bronce, plateado en el caso del bronce de arsénico y dorado en el bronce de estaño, probablemente también era apreciado no solo para joyería, sino también para herramientas y armas ceremoniales.
El bronce se utilizó en la decoración del Templo de Jerusalén alrededor del año 1000 a. C., y las columnas de Jakin y Boaz, supuestamente fundidas por Hiram, contribuirían posteriormente al simbolismo masónico. Los egipcios, los griegos e incluso los celtas usarían grapas para reforzar muros. Algunas invenciones fueron cruciales, como las sierras para las industrias de la madera y de la piedra, las primeras tuberías halladas en el complejo funerario de Sahura en el Bajo Egipto, el uso temprano de metales en piezas de desgaste en los pistones de las bombas hidráulicas de Ctesibio y de Filón de Bizancio, y los pivotes de las primeras grúas. El uso estructural más significativo del hierro en oriente se dio en numerosas vigas de hierro forjado, grandes y pequeñas, en los templos hindúes de Puri y Konark en Odisha (India, siglo XIII). En la Europa medieval, los arquitectos bizantinos adoptaron tirantes vistos de hierro para limitar el empuje de los arcos y bóvedas de mampostería. En la Europa medieval se emplearon cadenas de fundición de hierro en la mampostería, de donde proviene el término técnico de "encadenamiento". Las placas del fondo de las chimeneas fueron una aplicación fundamental del arrabio. Un tratado sobre cerrajeríaMathurin Jousse, La fidelle ouverture de l’art de Serrurier..., La Flèche, Georges Griveau, 1627 (lire en ligne). escrito por Mathurin Jousse en 1627, describe los procesos empleados por los artesanos medievales. Pero fue necesario esperar hasta finales de siglo XVIII para que se desarrollara el uso estructural e intensivo del bronce, del hierro forjado y del acero.
En Inglaterra, debido a la escasez de madera para producir carbón vegetal, Abraham Darby I, fundidor y metalúrgico de Coalbrookdale, tuvo la idea de sustituir el carbón vegetal por carbón mineral, transformándolo en coque. Alrededor de 1750, obtuvo hierro forjado mediante este proceso. Diversos descubrimientos, incluido el de Benjamin Huntsman, relojero de Sheffield, permitieron producir aceros de calidad cada vez mejor. Las guerras fueron poderosos impulsores del desarrollo industrial, y la guerra de los Siete Años impulsó el establecimiento de grandes instalaciones como las de la fábrica de John Wilkinson.René Vittone. Bâtir : Manuel de construction. Presses polytechniques et universitaire romandes. 2010.
A principios del siglo XIX, el auge de la producción de acero cambió radicalmente la forma de construir edificios, ya que anteriormente la construcción se limitaba al uso de madera y de materiales sometidos exclusivamente a compresión, como la piedra o el ladrillo. El uso del acero hizo posible repentinamente la construcción de edificios con un rendimiento estructural inigualable. El hierro es un material duro, plástico, elástico y dúctil; es maleable, se dobla, y se contrae o se expande sin romperse. Al laminarse, se perfila: adopta la forma de barras, placas, chapas, varillas o alambres. Las vigas y las columnas se podían ensamblar mediante remaches, en caliente o en frío, en el taller o en la obra. El montaje de viguetas en celosías multiplicó las posibilidades de construcción (con ejemplos como la Torre Eiffel, donde se emplearon sistemáticamente). Entre 1850 y 1915, el hierro forjado y el acero se utilizaron simultáneamente.
El uso del hierro, de la fundición y del acero en la construcción estructuras se desarrolló en tres etapas:Robert Halleux. Cockerill. Deux siècles de technologie. Éditions du Perron. 2002
La llamada era de la fundición (1780-1850), que comenzó con la adopción generalizada de los altos hornos alimentados con coque. Un ejemplo de arquitectura en fundición de hierro es la Bolsa de comercio de París, que sustituyó a un antiguo edificio de madera que se había quemado, construida por François-Joseph Bélanger, hecha de finos elementos de fundición de hierro.
La era del hierro forjado (1850-1900), que sustituyó gradualmente a la fundición de hierro gracias al desarrollo de la pudelación.
La era del acero (desde 1880 hasta la actualidad), que sucedió al hierro, con el desarrollo de los convertidores siderúrgicos.
La industria del aluminio no se desarrollaría plenamente hasta el final del siglo XIX.
Hierro y cerrajería
thumb|Piedra armada, Panteón de París
Las cantidades de hierro producidas inicialmente eran modestas y solo permitían la fabricación de objetos pequeños, como útiles para la construcción y elementos de ensamblaje o refuerzo, así como elementos de cerrajería, actividad que dio nombre a la disciplina que se dedica a la fabricación de objetos de hierro. También se conocía el estampado, una técnica que consiste en martillar el metal caliente en un molde de hierro, y que potencialmente le otorgaba mayor resistencia.
En la Edad Media, el uso de fuelles de gran tamaño permitió aumentar la temperatura de la fundición de hierro, que, una vez licuada, podía introducirse en moldes para producir barras. Estas barras se volvían a fundir y se colocaban en nuevos moldes para producir los elementos deseados. Por lo tanto, antes de la revolución Industrial, el hierro se utilizaba solo marginalmente en forma de placas, grapas, cadenas y rejas. Algunos edificios góticos no se habrían mantenido en pie sin el uso de tirantes ocultos en la mampostería. En el Panteón de París, edificado a mediados del siglo XVIII, los elementos de la estructura de piedra también están reforzados con piezas metálicas (piedra armada).
Con la revolución Industrial, la producción de piezas de hierro, fundición y acero se trasladó de los talleres de los herreros a grandes fábricas. Por ejemplo, en 1842, la Compañía John Cockerill estaba formada por cinco divisiones: minas de carbón; minería; fundición; fábrica de hierro; y talleres de construcción, que sumaban 4200 obreros. Allí se fabricaban todo tipo de productos metálicos: máquinas de vapor, calderas, puentes, barcos con casco de hierro, telares mecánicos para la industria textil, máquinas de cardado, segadoras, husos y diversas clases de herramientas.A Lecocq. Description de l'établissement John Cockerill à Seraing: accompagnée d'une notice biographique sur John Cockerill; J. Desoer, 1847 (Consulter en ligne) Los accesorios y elementos decorativos, columnas y vigas de fundición se fabricaban de forma estandarizada y continua, de manera que para el diseño de los edificios comenzaron a ser fundamentales los catálogos de productos de fundición.Adriaan Linters, Industria, Architecture industrielle en Belgique, Pierre Mardaga éditeur 1986 El "Tratado Teórico y Práctico sobre el Arte de la Construcción" (1817) de Jean-Baptiste Rondelet es una fuente de información sobre la aparición del acero en la construcción y un reflejo del estado del conocimiento en metalistería antes de esta transformación. Rondelet describe así el futuro del acero en las estructuras: "El acero es, de hecho, muy similar a la madera en sus propiedades elásticas".
Caracterización de los materiales
thumb|La máquina de ensayos Emery tenía una capacidad de compresión de y una capacidad de tracción de , y permitía ensayar muestras de hasta 9 metros de longitud. Las ventajas de la máquina de ensayos horizontal eran que simplificaba la aplicación de cargas laterales en los ensayos de columnas, facilitaba el examen de las muestras y compensaba la necesidad de piezas altas. La viga que se muestra aquí está en compresión thumb|Ensayo de las columnas para un puente sobre el río Hudson en Nueva York