ESTUDIO ARQUEOMETAL RGICO DE CLAVOS PERTENECIENTES A EMBARCACIONES BALLENERAS HALLADAS EN LA ANTARTIDA ARGENTINA.

CONGRESO CONAMET/SAM’04
ESTUDIO ARQUEOMETALÚRGICO DE CLAVOS PERTENECIENTES
A EMBARCACIONES BALLENERAS HALLADAS EN LA ANTARTIDA
ARGENTINA.
Hernán Lorusso(1), Hernán G. Svoboda(1,2), Horacio M. De Rosa(1)
(1)
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Dpto. Ing. Mecánica, Paseo Colón 850, Buenos Aires,
Argentina.
(2)
Universidad de Buenos Aires, Facultad de Ingeniería, Laboratorio de Materiales y Estructuras, Las Heras
2214, Buenos Aires, Argentina.
RESUMEN
La metalurgia histórica es un tópico de creciente interés debido a que permite reconstruir características
culturales de los pueblos y aportar información valiosa respecto de las tecnologías, los procesos de fabricación y
su evolución histórica. En el presente trabajo se realizó un estudio metalúrgico sobre 5 elementos de fijación de
embarcaciones obtenidos en una expedición realizada en el año 2002 donde se investigaron los asentamientos de
antiguas factorías balleneras en la Antártida Argentina. El objetivo de este trabajo es aportar información
respecto de los materiales y las tecnologías de fabricación utilizadas en los elementos de fijación empleados en
las embarcaciones del Siglo XIX halladas en la Antártida Argentina. Se realizó una caracterización química y
microestructural por medio de microscopía óptica (LM), microscopía electrónica de barrido (SEM), EDAX y
microdureza (HV). Las piezas ferrosas estaban fabricadas con aceros de gran contenido inclusionario, siguiendo
la técnica de “cut nails”, con estructuras típicas de hierro pudelado y recristalizado. Entre las muestras de cobre,
se pudieron identificar elementos de fijación por clavado y remachado.
Palabras Claves: pudelado, cut nails, recristalización,clavos
1. INTRODUCCIÓN
La Asociación Buque Austral Patagónico, en conjunto
con el Museo Marítimo de Ushuaia y el Museo Naval
de la Nación desarrolló entre el 6 y el 24 de enero de
2003 por medio del buque museo itinerante “Ice Lady
Patagonia” una expedición de estudio de los
asentamientos balleneros históricos en la península
antártica, en las zonas que se indican en el mapa de la
figura 1 con el objeto de contribuir a la conservación y
conocimiento del patrimonio, y promover el rescate de
la memoria cultural relativa a tal actividad.
Se analizan en este trabajo muestras de clavos
extraídos de algunas de las naves relevadas.
En el siglo XIX la industria de fabricación de clavos
avanzó rápidamente. Hasta la última década de 1700
sólo se utilizaban clavos hechos a mano por forjado.
Estos clavos se hacían uno por uno artesanalmente a
partir de barras de hierro de sección cuadrada. Por
forjado en caliente El cuerpo era de sección cuadrada
y la cabeza en forma de roseta, de mariposa o de “L”
[1].
Entre 1790 y 1800 se inventaron máquinas que
cizallaban clavos de un fleje de hierro como una
guillotina, moviendo la barra de lado a lado con cada
golpe, para producir un vástago acuñado. Éstos se
conocen como “clavos cortados” tipo A (type A cut
nails). Al principio, las cabezas se hacían a mano,
pero pronto las cabezas se conformaron a máquina
Este tipo de clavos se hizo hasta los 1830 [1].
Figura 1. Recorrido de la expedición.
Hacia 1820 se desarrolló una máquina que volteaba el
fleje después de cada corte hecho en ángulo para
lograr una cuña. Se hacían así los denominados
clavos cortados tipo B (type B cut nails). La rebaba
dejada por el corte sirve para su identificación. Los
clavos tipo B siguieron siendo los más comunes a lo
largo del siglo XIX. y debido a la forma en que cortan
la fibra de la madera en el clavado aún hoy se
fabrican y se emplean cuando se necesita una buena
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fuerza de fijación En los clavos largos la forma
acuñada del cuerpo estaba dada por la forma de la
sección del fleje con que se alimentaba la máquina.
Mientras que clavos pequeños se hacían con un fleje
de sección uniforme que se cortaban en forma oblicua,
de la cabeza a la punta, siendo el fleje rotado después
de cada corte de manera tal que puntas y cabezas se
obtenían de lados opuestos alternativamente [2].
muestras corresponden a clavos ferrosos; del cintón y
de la cubierta de una chalana de cubierta corrida,
hallada en la playa de Caleta Balleneros, Isla
Decepción, que se puede observar en la figura 2.
Los clavos cortados son de sección rectangular con
dos caras opuestas paralelas y la otras dos
convergentes hacia la punta plana [1-3].En las
primeras épocas de los clavos cortados la fibra era
perpendicular al eje del vástago lo que le confería
poca resistencia a la flexión [1-4]. Más adelante se
conformaron de manera de orientar la fibra
longitudinalmente.
. En cuanto al tratamiento térmico en algunos casos se
realizaba un recocido luego del conformado para
mejorar su ductilidad también se solía calentar el
material antes del corte. Si bien no se especifican las
temperaturas de los procesos, la estructura típica postrecocido sería recristalizada de granos equiaxiales. [5]
La tecnología de fabricación de aleaciones ferrosas,
sufrió cambios sustanciales a partir de mediados del
siglo XIX con el invento del convertidor Bessemer.
Hasta entonces, desde fines del siglo XVIII, una forma
industrial de obtención de hierro dúctil era el proceso
de pudelado. Por el que se obtenía un material de muy
bajo contenido de carbono e importante cantidades de
inclusiones de óxidos y silicatos, entre otras. El
invento del convertidor Bessemer originó un acelerado
desarrollo hacia la obtención de mayores cantidades
de acero en condiciones controladas y a más bajo
costo [6].
En Francia alrededor de 1850, se registra la invención
de los clavos fabricados con alambre cilíndrico, cuya
utilización comenzó a generalizarse hacia 1890. Ya en
en 1930 en EE UU el 90 % de los clavos se hacían con
alambre de acero. [7].
Figura 2. Chalana de cubierta corrida de Caleta
Balleneros en Isla Decepción.
Otras dos muestras;un clavo ferroso y un clavo
cuproso, corresponden a un bote salvavidas, hallado
en la playa de las Islas Cansen, cercanas al puerto
Svend Foyn. La última muestra es un clavo cuproso
extraído del casco de una balandra de cubierta corrida
hallada en la playa de la Isla Media Luna, que se
puede ve en la figura 3.
Figura 3. Balandra de cubierta corrida de Isla Media
Luna.
A fines del siglo XIX la tecnología del cobre estaba
altamente desarrollada, el uso del convertidor v
Bessemer y la introducción de la técnica electrolítica a
partir de 1869, permitían obtener un material de alta
calidad[8].
Existen abundantes referencias del uso de clavos y
accesorios de fijación de cobre en construcciones
navales para evitar problemas de deterioro corrosivo,
en especial cuando se adoptó el recubrimiento de los
cascos con chapas de cobre y latón. Sin embargo la
baja dureza del cobre representaba un inconveniente
que en muchos casos llevó a la necesidad del uso de
aleaciones que resultaron más efectivas (9)
Las muestras mencionadas se estudiaron por
observación visual directa a fin de determinar las
principales características constructivas. Además se
caracterizó la microestructura (fases, tamaños de
granos, inclusiones no metálicas) con microscopía
óptica (LM) y microscopía electrónica de barrido
(SEM) y se determinó la composición química del
material y de las inclusiones mediante EDX. También
se determinó la dureza Vickers (HV) en distintas
zonas de cada muestra.
2. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
3.1 Caleta Balleneros - Isla Decepción
Las muestras estudiadas corresponden a 3 piezas de
material ferroso y 2 de cobre empleadas como
elementos de fijación en embarcaciones halladas en
tres sitios por la mencionada expedición. Dos de las
La primera muestra analizada es un clavo de cintón
ferroso con una longitud de alrededor de 45 mm que
no posee cabeza, debido una importante pérdida de
material por corrosión, como se observa en la figura
4.
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
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Figura 4. Clavo de cintón ferroso.
El cuerpo de sección rectangular de 4,18 x 3,70 mm
posee una superficie de aspecto fibroso “hojaldrado”
en sus dos flancos, producido por corrosión como se
observa en la figura 5.
Figura 6. Inclusiones de silicatos y sulfuros de Mn.
La segunda muestra de este grupo corresponde a un
clavo de cubierta ferroso de 105 mm de longitud que
puede verse en la figura 7.
Figura 7. Clavo de cubierta de acero.
Figura 5. Aspecto fibroso asociado al ataque
corrosivo.
La estructura metalográfica revelada sobre secciones
transversales y longitudinales de la pieza, constituida
por ferrita de granos equiaxiales tamaño ASTM 10-11
corresponde a un acero de muy bajo contenido de
carbono, con inclusiones de hasta 10 μm de ancho de
sulfuros, silicatos y óxido de Mn alineados en el
sentido de la conformación según el eje de la pieza,
como se aprecia en la figura 6.
Los valores de microdureza son consistentes con la
estructura observada con un promedio de 155 HV en
10 mediciones (máx. 167 min. 128).
Según las características observadas la pieza fue
fabricada a partir de un fleje de hierro o acero de muy
bajo carbono. La cabeza se habría perdido por
deterioro corrosivo.
La sección rectangular, el conformado de la pieza con
una la fibra alineada longitudinalmente, los granos
equiaxiales, como así también el relativo bajo
contenido de óxidos de hierro en las inclusiones
sugieren una tecnología de fabricación de clavos
cortados a partir de fleje según el estilo de al última
parte del siglo XIX
La observación directa de la pieza muestra una
sección rectangular con dos caras paralelas y las dos
caras opuestas en cuña suave convergentes hacia la
punta de filo redondeado, como se ve en la figura 7.
Las caras son lisas y regulares poco afectadas por la
corrosión. La cabeza de forma regular fue
conformada por recalcado. De acuerdo con las marcas
de deformación se aprecia que durante el coformado
de la cabeza la pieza se tomaba por tres flancos,
probablemente con una pinza o mordaza con un
apoyo en ángulo recto y un sujetador plano
desplazable.
Metalograficamente se trata de un acero de 0,15 a
0,2% de carbono de granos equiaxiales de ferrita y
perlita, con un tamaño de grano ASTM 9 -10 y con la
fibra orientada en sentido longitudinal como se
aprecia en la figura 8. La dureza medida resultó de
152 HV (promedio de 10 mediciones La alineación
de las inclusiones observadas hace considerar que la
pieza fue obtenida por la técnica de cortes paralelos
de un fleje con sección en forma de cuña como se
estilaba para la confección de clavos cortados de
mayor longitud [2].
El contenido de carbono es el mayor detectado de
todas las muestras analizadas y es uniforme en la
zona interna de la pieza. Se revela un método de
fabricación del material con composición controlada.
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que presenta dos caras paralelas y dos convergentes
hacia la punta, que es de tipo plano, como se muestra
en la figura 10. En la figura 11 se aprecia un detalle
de la cabeza del clavo.
Figura 8. Estructura: ferrita y perlita con inclusiones
no metálicas orientadas en el sentido del conformado.
En las proximidades del borde exterior se aprecia la
presencia de una zona decarburada, además de una
gran cantidad de inclusiones de óxidos y silicatos,
como se ve en la figura 9.
Figura 10. Clavo de hierro del bote salvavidas
hallado en las Islas Nansen – Pueto Svend Foyn.
Figura 11. Detalle de la cabeza del clavo de hierro.
Figura 9. Zona cercana al borde del clavo con bajo
contenido de carbono y gran cantidad de inclusiones.
Por efecto del calentamiento y deformación plástica
durante la fabricación, además de la decarburación en
la zona externa del clavo se produjo un importante
crecimiento de grano, en especialmente en la cabeza
con diámetros promedio del orden de 40 µm..
La forma constructiva y la estructura del material
ponen en evidencia una técnica propia de fines del
siglo XIX con un acero de importante contenido de
carbono. La presencia de importantes inclusiones de
óxidos es sólo superficial y no se atribuyen a un tipo
de hierro pudelado sino a incorporación de las mismas
en un proceso de laminado en caliente.
La superficie se encuentra cubierta por una capa de
productos de corrosión
La microestructura es ferrítica, de hierro o acero de
muy bajo contenido de C con un tamaño de grano
variable entre ASTM 8 y 12 un proceso incompleto
de recristalización.
3.2 Islas Nansen - Puerto Svend Foyn
La primera muestra obtenida del bote salvavidas
hallado en las Islas Nansen cercanas al Puerto Svend
Foyn corresponde a un clavo de material ferroso de
una longitud de 43 mm. La cabeza se realizó por
plegado y recalcado, mientras que el cuerpo es de
sección rectangular casi cuadrada de 3,4 X 2,8 mm
Figura 12. Inclusiones de silicato de Mn y tamaño de
grano heterogéneo.
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La alineación de las inclusiones y la forma plana de la
pieza indican que la misma se fabricó a partir de un
fleje con la fibra orientada longitudinalmente cortado
posteriormente en cuña y calentado para el recalcado
de la cabeza.
Se observa una importante cantidad de inclusiones de
óxidos y silicatos de hasta 100 micrones de ancho y 1
a 2 mm de largo,que de acuerdo con los datos
obtenidos por microscopía electrónica de barrido están
formadas principalmente por Si, P y algo de Ca que se
agrupan en conglomerados de gran tamaño y ocluyen
FeO de forma esferoidal. La estructura de grandes
inclusiones revela una forma rústica de manufactura
del material del tipo del hierro pudelado.
La heterogeneidad de estructura se refleja en valores
variables de la dureza medida entre 129 HV y 178HV.
El contenido de S medido en la muestra fue bajo,
circunstancia que Podría asociarse a procesos en los
que la reducción se llevó a cabo utilizando carbón
vegetal [10].
Figura 14. Estructura: granos orientados en el
sentido de la conformación con inclusiones de Cu2O.
La segunda muestra estudiada de esta embarcación
corresponde a un clavo cuproso de 50 mm de longitud,
cuya cabeza se encuentra recalcada y el cuerpo tiene
una sección rectangular de caras paralelas de 3,2 x 2,5
mm, con un acuñamiento hacia la punta de dos de sus
caras. La punta termina en forma recta por reducción
de la sección entre las dos caras opuestas más
separadas. En la figura 13 se puede ver el clavo
descripto.
Figura 15. Deformación plástica en la zona de la
punta.
3.3 Isla Media Luna
Figura 13. Clavo de cobre del bote salvavidas de las
Islas Nansen – Pueto Svend Foyn.
La microestructura está compuesta por granos de Cu
deformados en frío con una cantidad de inclusiones de
Cu2O y de Si y Ca, probablemente provenientes de la
escoria del proceso metalúrgico de la obtención del Cu
que normalmente utilizaba sílice y carbonatos de Ca.
En la figura 14 se puede ver la microestructura.
La orientación de la fibra es del tipo longitudinal. La
cabeza y la punta del clavo fueron realizadas por
deformación en frío por lo que se aprecia mayor grado
de distorsión de la estructura en esas zonas, como se
puede ver en la figura 15. El estado de deformación
descripto provoca un importante incremento de la
dureza que resultó de 159 HV en la punta, 126 HV en
el cuerpo y 136 HV en la cabeza
Si se tiene en cuenta que el tipo de embarcación
estudiado es un bote salvavidas de manufactura
seriada, se puede considerar que la fabricación rústica
de ambas piezas, para la época, podría obedecer a
razones de economía de material.
En este caso se trata de una sola muestra consistente
en un clavo de cobre ubicado en el casco de la
balandra observada en la figura 3, ubicada en la playa
de la isla Media Luna. Este clavo tiene una longitud
de alrededor de 77 mm con un cuerpo de sección
cuadrada (3,9 X 3,9 mm). La cabeza es troncocónica
recalcada y la punta está remachada con una arandela
de tope, como puede verse en la figura 16.
Figura 16. Clavo del casco de la balandra hallada en
la Isla Media Luna.
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El estudio metalográfico de cortes transversales y
longitudinales de la pieza reveló una estructura de
granos equiaxiales de cobre maclados, con un tamaño
promedio de 40 µm, típicos de un proceso de
recocido, con pequeñas inclusiones de Cu2O alrededor
de 2.µm, como se puede ver en la figura 17.
Figura 17. Estructura de cobre recocido con partículas
de Cu2O.
En la figura 18 se observa la zona de la cabeza
deformada en frío.
flejes de sección rectangular. Con tipos que
evidencian tecnologías de fabricación comunes a la
segunda mitad del siglo XIX.
Los clavos de cobre muestran una diferente
tecnología de fabricación y dos variantes
interesantes para resolver la fijación del
elemento uno, deformado en frío,
comprimiendo el material entre dos de sus
caras para formar la punta y así obtener un
incremento importante de dureza (con
valores similares a los de las aleaciones
ferrosas) para facilitar así el clavado. La otra
pieza es remachada en los extremos para
producir su efecto de sujeción dentro de un
alojamiento en al que fue introducido sin
esfuerzo como lo prueba la estructura de su
cuerpo sin deformación.
5. REFERENCIAS
[1]
.http://histpres.mtsu.edu/hispres/servies/naildating.ht
m
[2 ]
http://57.191enciclopedia.org/N/NA/Nail.htm
[3]
.http://www.monticello.org/plantation/work/
nailmaking.html
[4].
Daniel Schavelzon, Arqueología Histórica
de Buenos Aires, Corregidor, Buenos Aires
1991.205-211.
[5].
University of Utah. Department
Anthropology. IMAC 470. August 2001.
of
[6].
J.E. Gordon The new science of strong
materials, Penguin Books, London 1991,pp. 243-251.
Figura 18. Zona deformada en frío en el borde entre
eje y cabeza.
Esta pieza representa una metodología de fabricación
y características de uso totalmente diferente a las
otras. Su instalación no se hacía por clavado y la
fijación era por remachado y no por fricción como el
caso de los calvos
4. CONCLUSIONES
Los datos históricos de los asentamientos balleneros
nos ubican a fines del siglo XIX y principios del XX,
época en que la tecnología de fabricación de clavos se
hallaba desarrollada con características similares a la
actual No obstante eso y a pesar de la pequeña
muestra de piezas observadas se detectaron
importantes variantes en los materiales y manufacturas
para usos similares. En el caso de los clavos ferrosos,
todos son del tipo “cortado” o “cut nails” a partir de
[7].
T. D. Visser, A Field Guide to New England
Barns and Farm Buildings, University Press of New
England ,1996.
[8].
R.F. Tylecote “ A History of Metallurgy”
The Metals Society,London, 1976. p. 151.
[9].
Mark Staniforth The introduction and use of
copper sheathing – a history- The Bulletin of the
Australian Institute for Maritime Archaeology, 9
1985. 21-46.
[9].
R.F. Tylecote “A History of Metallurgy”
The Metals Society,London, 1976. cap.9.
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen a CEMEC-INTI por su
colaboración con la microscopía electrónica de
barrido (SEM).