Ingeniería civil

La ingeniería civil es una disciplina profesional de la ingeniería que se ocupa del diseño, la construcción y el mantenimiento del entorno físico y construido de forma natural, incluidas las obras públicas como carreteras, puentes, canales, represas, aeropuertos, sistemas de alcantarillado, tuberías, componentes estructurales de edificios, y ferrocarriles.

La ingeniería civil se divide tradicionalmente en varias subdisciplinas. Se considera la segunda disciplina de ingeniería más antigua después de la ingeniería militar y se define para distinguir la ingeniería no militar de la ingeniería militar. La ingeniería civil puede tener lugar en el sector público, desde los departamentos de obras públicas municipales hasta las agencias del gobierno federal, y en el sector privado, desde las empresas locales hasta las empresas globales de Fortune 500.

Historia

La ingeniería civil como disciplina.

La ingeniería civil es la aplicación de principios físicos y científicos para resolver los problemas de la sociedad, y su historia está íntimamente ligada a los avances en la comprensión de la física y las matemáticas a lo largo de la historia. Debido a que la ingeniería civil es una profesión amplia, que incluye varias subdisciplinas especializadas, su historia está vinculada al conocimiento de las estructuras, la ciencia de los materiales, la geografía, la geología, los suelos, la hidrología, la ciencia ambiental, la mecánica, la gestión de proyectos y otros campos.

A lo largo de la historia antigua y medieval, la mayor parte del diseño arquitectónico y la construcción fueron realizados por artesanos, como albañiles y carpinteros, que ascendieron al papel de maestro de obras. El conocimiento se retuvo en los gremios y rara vez fue suplantado por avances. Las estructuras, las carreteras y la infraestructura que existían eran repetitivas y los aumentos de escala eran incrementales.

Uno de los primeros ejemplos de un enfoque científico de los problemas físicos y matemáticos aplicables a la ingeniería civil es el trabajo de Arquímedes en el siglo III a. C., incluido el Principio de Arquímedes, que sustenta nuestra comprensión de la flotabilidad, y soluciones prácticas como el tornillo de Arquímedes. Brahmagupta, un matemático indio, utilizó la aritmética en el siglo VII dC, basada en números arábigos hindúes, para los cálculos de excavación (volumen).

Profesión de ingeniero civil

La ingeniería ha sido un aspecto de la vida desde los inicios de la existencia humana. La práctica más antigua de la ingeniería civil puede haber comenzado entre el 4000 y el 2000 a. C. en el antiguo Egipto, la civilización del valle del Indo y Mesopotamia (antiguo Irak), cuando los humanos comenzaron a abandonar una existencia nómada, creando la necesidad de construir refugios. Durante este tiempo, el transporte se volvió cada vez más importante, lo que condujo al desarrollo de la rueda y la navegación.

Hasta los tiempos modernos no había una distinción clara entre ingeniería civil y arquitectura, y los términos ingeniero y arquitecto eran principalmente variaciones geográficas que se referían a la misma ocupación y, a menudo, se usaban indistintamente. La construcción de pirámides en Egipto (circa 2700-2500 a. C.) fueron algunos de los primeros ejemplos de construcciones de grandes estructuras. Otras construcciones de ingeniería civil históricas antiguas incluyen el sistema de gestión de agua Qanat (el más antiguo tiene más de 3000 años y más de 71 km), el Partenón de Iktinos en la antigua Grecia (447–438 a. C.), la Vía Apia de los ingenieros romanos (c. 312 a. C.), la Gran Muralla China por el general Meng T'ien bajo las órdenes del emperador Ch'in Shih Huang Ti (c. 220 a. C.)y las estupas construidas en la antigua Sri Lanka como la Jetavanaramaya y las extensas obras de irrigación en Anuradhapura. Los romanos desarrollaron estructuras civiles a lo largo de su imperio, incluyendo especialmente acueductos, ínsulas, puertos, puentes, presas y caminos.

En el siglo XVIII, se acuñó el término ingeniería civil para incorporar todo lo civil en oposición a la ingeniería militar. En 1747, se estableció en Francia la primera institución para la enseñanza de la ingeniería civil, la École Nationale des Ponts et Chaussées; y más ejemplos seguidos en otros países europeos, como España. El primer ingeniero civil autoproclamado fue John Smeaton, quien construyó el faro de Eddystone. En 1771, Smeaton y algunos de sus colegas formaron la Sociedad Smeatoniana de Ingenieros Civiles, un grupo de líderes de la profesión que se reunían informalmente durante una cena. Aunque había evidencia de algunas reuniones técnicas, era poco más que una sociedad social.

En 1818 se fundó en Londres la Institución de Ingenieros Civiles, y en 1820 el eminente ingeniero Thomas Telford se convirtió en su primer presidente. La institución recibió una Real Cédula en 1828, reconociendo formalmente la ingeniería civil como profesión. Su carta define la ingeniería civil como:

el arte de dirigir las grandes fuentes de poder en la naturaleza para el uso y conveniencia del hombre, como los medios de producción y de tráfico en los estados, tanto para el comercio exterior como interior, aplicado en la construcción de caminos, puentes, acueductos, canales, la navegación fluvial y los muelles para las relaciones e intercambios internos, y en la construcción de puertos, dársenas, malecones, rompeolas y faros, y en el arte de la navegación por fuerza artificial con fines comerciales, y en la construcción y aplicación de maquinaria, y en el drenaje de ciudades y pueblos.

Educación en ingeniería civil

La primera universidad privada en enseñar ingeniería civil en los Estados Unidos fue la Universidad de Norwich, fundada en 1819 por el Capitán Alden Partridge. El primer título en ingeniería civil en los Estados Unidos fue otorgado por el Instituto Politécnico Rensselaer en 1835. El primer título de este tipo otorgado a una mujer fue otorgado por la Universidad de Cornell a Nora Stanton Blatch en 1905.

En el Reino Unido, a principios del siglo XIX, la división entre ingeniería civil e ingeniería militar (a cargo de la Real Academia Militar de Woolwich), junto con las demandas de la Revolución Industrial, generó nuevas iniciativas de educación en ingeniería: la Clase de Ingeniería Civil y Minería. fue fundada en King's College London en 1838, principalmente como respuesta al crecimiento del sistema ferroviario y la necesidad de ingenieros más calificados, la universidad privada para ingenieros civiles en Putney se estableció en 1839 y la primera cátedra de ingeniería del Reino Unido se estableció en la Universidad de Glasgow en 1840.

Educación

Los ingenieros civiles suelen poseer un título académico en ingeniería civil. La duración del estudio es de tres a cinco años, y el título completo se designa como una licenciatura en tecnología o una licenciatura en ingeniería. El plan de estudios generalmente incluye clases de física, matemáticas, gestión de proyectos, diseño y temas específicos de ingeniería civil. Después de tomar cursos básicos en la mayoría de las subdisciplinas de la ingeniería civil, pasan a especializarse en una o más subdisciplinas en niveles avanzados. Si bien un título universitario (BEng/BSc) normalmente brinda a los estudiantes exitosos una calificación acreditada por la industria, algunas instituciones académicas ofrecen títulos de posgrado (MEng/MSc), que permiten a los estudiantes especializarse aún más en su área particular de interés.

Ingenieros en ejercicio

En la mayoría de los países, una licenciatura en ingeniería representa el primer paso hacia la certificación profesional y un organismo profesional certifica el programa de grado. Después de completar un programa de grado certificado, el ingeniero debe cumplir con una variedad de requisitos que incluyen experiencia laboral y requisitos de examen antes de obtener la certificación. Una vez certificado, el ingeniero es designado como ingeniero profesional (en los Estados Unidos, Canadá y Sudáfrica), ingeniero colegiado (en la mayoría de los países de la Commonwealth), ingeniero colegiado profesional (en Australia y Nueva Zelanda) o ingeniero europeo (en la mayoría de los países de la Unión Europea). Existen acuerdos internacionales entre organismos profesionales relevantes para permitir que los ingenieros ejerzan a través de las fronteras nacionales.

Los beneficios de la certificación varían según la ubicación. Por ejemplo, en los Estados Unidos y Canadá, "solo un ingeniero profesional con licencia puede preparar, firmar y sellar, y presentar planos y dibujos de ingeniería a una autoridad pública para su aprobación, o sellar trabajos de ingeniería para clientes públicos y privados". Este requisito se aplica en virtud de la ley provincial, como la Ley de Ingenieros de Quebec. No se ha promulgado tal legislación en otros países, incluido el Reino Unido. En Australia, la concesión de licencias estatales a los ingenieros se limita al estado de Queensland. Casi todos los organismos certificadores mantienen un código de ética que todos los miembros deben cumplir.

Los ingenieros deben obedecer la ley de contratos en sus relaciones contractuales con otras partes. En los casos en que el trabajo de un ingeniero falla, puede estar sujeto a la ley de responsabilidad extracontractual por negligencia y, en casos extremos, a cargos penales. El trabajo de un ingeniero también debe cumplir con muchas otras reglas y regulaciones, como los códigos de construcción y la ley ambiental.

Subdisciplinas

Hay una serie de subdisciplinas dentro del amplio campo de la ingeniería civil. Los ingenieros civiles generales trabajan en estrecha colaboración con topógrafos e ingenieros civiles especializados para diseñar nivelación, drenaje, pavimento, suministro de agua, servicio de alcantarillado, represas, suministro eléctrico y de comunicaciones. La ingeniería civil general también se conoce como ingeniería del sitio, una rama de la ingeniería civil que se enfoca principalmente en convertir una extensión de tierra de un uso a otro. Los ingenieros del sitio pasan tiempo visitando los sitios del proyecto, reuniéndose con las partes interesadas y preparando planes de construcción. Los ingenieros civiles aplican los principios de la ingeniería geotécnica, la ingeniería estructural, la ingeniería ambiental, la ingeniería del transporte y la ingeniería de la construcción a proyectos de obras residenciales, comerciales, industriales y públicas de todos los tamaños y niveles de construcción.

Ingeniería costera

La ingeniería costera se ocupa de la gestión de las zonas costeras. En algunas jurisdicciones, los términos defensa del mar y protección costera significan defensa contra inundaciones y erosión, respectivamente. El término defensa costera es el término más tradicional, pero la gestión costera se ha vuelto más popular a medida que el campo se ha expandido a técnicas que permiten que la erosión se apodere de la tierra.

Ingeniería en Construcción

La ingeniería de la construcción implica la planificación y ejecución, el transporte de materiales, el desarrollo del sitio con base en la ingeniería hidráulica, ambiental, estructural y geotécnica. Dado que las empresas de construcción tienden a tener un mayor riesgo comercial que otros tipos de empresas de ingeniería civil, los ingenieros de construcción suelen participar en transacciones más comerciales, por ejemplo, redactar y revisar contratos, evaluar operaciones logísticas y controlar los precios de los suministros.

Ingeniería Sísmica

La ingeniería sísmica implica el diseño de estructuras para soportar exposiciones peligrosas a terremotos. La ingeniería sísmica es una subdisciplina de la ingeniería estructural. Los principales objetivos de la ingeniería sísmica son comprender la interacción de las estructuras en el suelo inestable; prever las consecuencias de posibles terremotos; y diseñar, construir y mantener estructuras para que funcionen en caso de terremotos de conformidad con los códigos de construcción.

Ingeniería Ambiental

La ingeniería ambiental es el término contemporáneo para la ingeniería sanitaria, aunque la ingeniería sanitaria tradicionalmente no ha incluido gran parte de la gestión de desechos peligrosos y el trabajo de remediación ambiental cubierto por la ingeniería ambiental. Ingeniería de salud pública e ingeniería de salud ambiental son otros términos que se utilizan.

La ingeniería ambiental se ocupa del tratamiento de desechos químicos, biológicos o térmicos, la purificación del agua y el aire, y la remediación de sitios contaminados después de la eliminación de desechos o la contaminación accidental. Entre los temas que abarca la ingeniería ambiental se encuentran el transporte de contaminantes, la purificación del agua, el tratamiento de aguas residuales, la contaminación del aire, el tratamiento de residuos sólidos, el reciclaje y la gestión de residuos peligrosos. Los ingenieros ambientales administran la reducción de la contaminación, la ingeniería verde y la ecología industrial. Los ingenieros ambientales también recopilan información sobre las consecuencias ambientales de las acciones propuestas.

Ingeniería forense

La ingeniería forense es la investigación de materiales, productos, estructuras o componentes que fallan o no funcionan o no funcionan según lo previsto, causando lesiones personales o daños a la propiedad. Las consecuencias de la falla son tratadas por la ley de responsabilidad del producto. El campo también se ocupa de los procesos y procedimientos de rastreo que conducen a accidentes en la operación de vehículos o maquinaria. El tema se aplica más comúnmente en casos de derecho civil, aunque puede ser útil en casos de derecho penal. En general, el propósito de una investigación de ingeniería forense es localizar la causa o las causas de la falla con el fin de mejorar el rendimiento o la vida útil de un componente, o ayudar a un tribunal a determinar los hechos de un accidente. También puede involucrar la investigación de reclamos de propiedad intelectual, especialmente patentes.

Ingeniería geotécnica

La ingeniería geotécnica estudia la roca y el suelo que sustentan los sistemas de ingeniería civil. El conocimiento del campo de la ciencia del suelo, la ciencia de los materiales, la mecánica y la hidráulica se aplica para diseñar cimientos, muros de contención y otras estructuras de manera segura y económica. Los esfuerzos ambientales para proteger las aguas subterráneas y mantener de manera segura los vertederos han generado una nueva área de investigación llamada ingeniería geoambiental.

La identificación de las propiedades del suelo presenta desafíos para los ingenieros geotécnicos. Las condiciones de contorno a menudo están bien definidas en otras ramas de la ingeniería civil, pero a diferencia del acero o el concreto, las propiedades del material y el comportamiento del suelo son difíciles de predecir debido a su variabilidad y limitación en la investigación. Además, el suelo exhibe resistencia, rigidez y dilatancia (cambio de volumen asociado con la aplicación de esfuerzo cortante) no lineales (dependientes de la tensión), lo que dificulta aún más el estudio de la mecánica del suelo. Los ingenieros geotécnicos trabajan con frecuencia con geólogos profesionales y científicos del suelo.

Ciencia e Ingeniería de los Materiales

La ciencia de los materiales está estrechamente relacionada con la ingeniería civil. Estudia las características fundamentales de los materiales y se ocupa de cerámicas como el hormigón y la mezcla de asfalto, metales fuertes como el aluminio y el acero, y polímeros termoendurecibles como el polimetilmetacrilato (PMMA) y las fibras de carbono.

La ingeniería de materiales implica protección y prevención (pinturas y acabados). La aleación combina dos tipos de metales para producir otro metal con las propiedades deseadas. Incorpora elementos de física aplicada y química. Con la reciente atención de los medios sobre la nanociencia y la nanotecnología, la ingeniería de materiales ha estado a la vanguardia de la investigación académica. También es una parte importante de la ingeniería forense y el análisis de fallas.

Desarrollo y planificación del sitio

El desarrollo del sitio, también conocido como planificación del sitio, se centra en la planificación y el potencial de desarrollo de un sitio, así como en abordar los posibles impactos de los problemas de permisos y desafíos ambientales.

Ingeniería estructural

La ingeniería estructural se ocupa del diseño estructural y el análisis estructural de edificios, puentes, torres, pasos elevados (pasos elevados), túneles, estructuras en alta mar como campos de petróleo y gas en el mar, aeroestructuras y otras estructuras. Esto implica identificar las cargas que actúan sobre una estructura y las fuerzas y tensiones que surgen dentro de esa estructura debido a esas cargas, y luego diseñar la estructura para soportar y resistir con éxito esas cargas. Las cargas pueden ser el propio peso de las estructuras, otras cargas muertas, cargas vivas, cargas en movimiento (ruedas), cargas de viento, cargas sísmicas, cargas por cambios de temperatura, etc. El ingeniero estructural debe diseñar estructuras para que sean seguras para sus usuarios y para cumplir la función para la que fueron diseñados (servir). Debido a la naturaleza de algunas condiciones de carga, han surgido subdisciplinas dentro de la ingeniería estructural, incluida la ingeniería eólica y la ingeniería sísmica.

Las consideraciones de diseño incluirán la resistencia, la rigidez y la estabilidad de la estructura cuando se someta a cargas que pueden ser estáticas, como muebles o peso propio, o dinámicas, como viento, sísmica, cargas de vehículos o multitudes, o transitorias, como cargas temporales. cargas de construcción o impacto. Otras consideraciones incluyen el costo, la constructibilidad, la seguridad, la estética y la sostenibilidad.

Agrimensura

La topografía es el proceso mediante el cual un topógrafo mide ciertas dimensiones que ocurren en o cerca de la superficie de la Tierra. Los equipos topográficos, como niveles y teodolitos, se utilizan para medir con precisión la desviación angular, las distancias horizontales, verticales y de pendiente. Con la informatización, la medición electrónica de distancias (EDM), las estaciones totales, la topografía GPS y el escaneo láser han suplantado en gran medida a los instrumentos tradicionales. Los datos recopilados por la medición de la encuesta se convierten en una representación gráfica de la superficie de la Tierra en forma de mapa. Luego, esta información es utilizada por ingenieros civiles, contratistas y agentes inmobiliarios para diseñar, construir y comercializar, respectivamente. Los elementos de una estructura deben dimensionarse y colocarse en relación entre sí y con los límites del sitio y las estructuras adyacentes.

Aunque la agrimensura es una profesión distinta con calificaciones y licencias separadas, los ingenieros civiles están capacitados en los conceptos básicos de agrimensura y cartografía, así como en sistemas de información geográfica. Los topógrafos también diseñan las rutas de vías férreas, vías de tranvía, autopistas, carreteras, tuberías y calles, así como también ubican otras infraestructuras, como puertos, antes de la construcción.Agrimensura

En los Estados Unidos, Canadá, el Reino Unido y la mayoría de los países de la Commonwealth, la agrimensura se considera una profesión separada y distinta. Los agrimensores no se consideran ingenieros y tienen sus propias asociaciones profesionales y requisitos de licencia. Los servicios de un agrimensor con licencia generalmente se requieren para levantamientos de límites (para establecer los límites de una parcela utilizando su descripción legal) y planes de subdivisión (una parcela o mapa basado en un levantamiento de una parcela de tierra, con líneas de límite dibujadas dentro de la parcela más grande para indicar la creación de nuevas líneas limítrofes y caminos), los cuales generalmente se conocen como agrimensura catastral.topografía de la construcción

La topografía de la construcción es realizada generalmente por técnicos especializados. A diferencia de los topógrafos, el plan resultante no tiene estatus legal. Los topógrafos de construcción realizan las siguientes tareas:

• Inspeccionar las condiciones existentes del sitio de trabajo futuro, incluida la topografía, los edificios y la infraestructura existentes, y la infraestructura subterránea cuando sea posible;
• "lay-out" o "setting-out": colocar puntos de referencia y marcadores que guiarán la construcción de nuevas estructuras, como carreteras o edificios;
• Verificar la ubicación de las estructuras durante la construcción;
• Topografía As-Built: una encuesta realizada al final del proyecto de construcción para verificar que el trabajo autorizado se completó según las especificaciones establecidas en los planos.

Ingeniería de Transporte

La ingeniería de transporte se ocupa de mover personas y bienes de manera eficiente, segura y de una manera que conduzca a una comunidad vibrante. Esto implica especificar, diseñar, construir y mantener la infraestructura de transporte que incluye calles, canales, carreteras, sistemas ferroviarios, aeropuertos, puertos y transporte público. Incluye áreas como diseño de transporte, planificación de transporte, ingeniería de tráfico, algunos aspectos de ingeniería urbana, teoría de colas, ingeniería de pavimentos, Sistema de Transporte Inteligente (ITS) y gestión de infraestructura.

Ingeniería municipal o urbana

ingeniería municipalse ocupa de la infraestructura municipal. Esto implica la especificación, diseño, construcción y mantenimiento de calles, aceras, redes de abastecimiento de agua, alcantarillado, alumbrado público, manejo y disposición de residuos sólidos municipales, depósitos de almacenamiento de diversos materiales a granel utilizados para mantenimiento y obras públicas (sal, arena, etc.), parques públicos e infraestructura ciclista. En el caso de redes subterráneas de servicios públicos, también podrá incluir la parte civil (conductos y cámaras de acceso) de las redes locales de distribución de servicios eléctricos y de telecomunicaciones. También puede incluir la optimización de las redes de recogida de residuos y de servicio de autobuses. Algunas de estas disciplinas se solapan con otras especialidades de la ingeniería civil, sin embargo la ingeniería municipal se centra en la coordinación de estas redes de infraestructuras y servicios, ya que a menudo se construyen simultáneamente y son administrados por la misma autoridad municipal. Los ingenieros municipales también pueden diseñar las obras civiles del sitio para grandes edificios, plantas industriales o campus (es decir, vías de acceso, estacionamientos, suministro de agua potable, tratamiento o pretratamiento de aguas residuales, drenaje del sitio, etc.)

Ingeniería de recursos hídricos

La ingeniería de recursos hídricos se ocupa de la recolección y gestión del agua (como recurso natural). Como disciplina, por lo tanto, combina elementos de hidrología, ciencias ambientales, meteorología, conservación y gestión de recursos. Esta área de la ingeniería civil se relaciona con la predicción y la gestión tanto de la calidad como de la cantidad de agua tanto en recursos subterráneos (acuíferos) como superficiales (lagos, ríos y arroyos). Los ingenieros de recursos hídricos analizan y modelan áreas de la tierra desde muy pequeñas hasta muy grandes para predecir la cantidad y el contenido de agua a medida que fluye hacia, a través o fuera de una instalación. Aunque el diseño real de la instalación puede dejarse en manos de otros ingenieros.

La ingeniería hidráulica se ocupa del flujo y transporte de fluidos, principalmente agua. Esta área de la ingeniería civil está íntimamente relacionada con el diseño de tuberías, redes de suministro de agua, instalaciones de drenaje (incluidos puentes, represas, canales, alcantarillas, diques, alcantarillas pluviales) y canales. Los ingenieros hidráulicos diseñan estas instalaciones utilizando los conceptos de presión de fluidos, estática de fluidos, dinámica de fluidos e hidráulica, entre otros.

Sistemas de ingeniería civil

Los sistemas de ingeniería civil son una disciplina que promueve el uso del pensamiento sistémico para gestionar la complejidad y el cambio en la ingeniería civil dentro de su contexto público más amplio. Postula que el desarrollo adecuado de la infraestructura de ingeniería civil requiere una comprensión holística y coherente de las relaciones entre todos los factores importantes que contribuyen al éxito de los proyectos y, al mismo tiempo, enfatiza la importancia de la atención a los detalles técnicos. Su propósito es ayudar a integrar todo el ciclo de vida del proyecto de ingeniería civil desde la concepción, pasando por la planificación, el diseño, la fabricación, la operación hasta el desmantelamiento.