La ingeniería civil es una disciplina de ingeniería profesional que se ocupa del diseño, construcción y mantenimiento del entorno físico y construido naturalmente, incluidas obras públicas como carreteras, puentes, canales, presas, aeropuertos, sistemas de alcantarillado , tuberías, componentes estructurales de edificios, y ferrocarriles. [1] [2]
La ingeniería civil tradicionalmente se divide en varias subdisciplinas. Se considera la segunda disciplina de ingeniería más antigua después de la ingeniería militar , [3] y se define para distinguir la ingeniería no militar de la ingeniería militar. [4] 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 empresas locales hasta empresas globales Fortune 500 . [5]
La ingeniería civil es la aplicación de principios físicos y científicos para resolver los problemas de la sociedad, y su historia está estrechamente vinculada 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 estructuras, ciencia de materiales, geografía, geología, suelos , hidrología , ciencias ambientales , mecánica , gestión de proyectos y otros campos. [6]
A lo largo de la historia antigua y medieval, la mayor parte del diseño y la construcción arquitectónicos fueron realizados por artesanos , como canteros y carpinteros , que asumieron el papel de maestros de obras . El conocimiento se retuvo en los gremios y rara vez fue reemplazado por avances. Las estructuras, caminos e infraestructura que existían eran repetitivas y los aumentos de escala eran incrementales. [7]
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 d.C., basada en números hindú-árabes, para cálculos de excavación (volumen). [8]
La ingeniería ha sido un aspecto de la vida desde los inicios de la existencia humana. La práctica más temprana de la ingeniería civil puede haber comenzado entre 4000 y 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 esta época, el transporte adquirió cada vez más importancia, lo que llevó al desarrollo de la rueda y la navegación .
Hasta los tiempos modernos no existía 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. [9] La construcción de pirámides en Egipto ( c. 2700 –2500 a. C.) fue uno de los primeros ejemplos de construcciones de grandes estructuras. Otras construcciones históricas antiguas de ingeniería civil incluyen el sistema de gestión del agua de Qanat en el Irán actual (el más antiguo tiene más de 3000 años y más de 71 kilómetros (44 millas), [10] ), el Partenón de Iktinos en la antigua Grecia (447-438). a.C.), la Vía Apia por ingenieros romanos ( c. 312 a.C. ), la Gran Muralla China por el general Meng T'ien bajo órdenes del emperador Ch'in Shih Huang Ti ( c. 220 a.C. ) [11] y las estupas construidas en la antigua Sri Lanka como el Jetavanaramaya y las extensas obras de riego en Anuradhapura . Los romanos desarrollaron estructuras civiles en todo su imperio, incluyendo especialmente acueductos , islas , puertos, puentes, presas y carreteras.
En el siglo XVIII, se acuñó el término ingeniería civil para incorporar todo lo civil en contraposición a la ingeniería militar. [4] En 1747, se estableció en Francia la primera institución para la enseñanza de la ingeniería civil, la École Nationale des Ponts et Chaussées ; y siguieron más ejemplos en otros países europeos, como España. [12] El primer ingeniero civil autoproclamado fue John Smeaton , quien construyó el faro de Eddystone . [3] [11] En 1771, Smeaton y algunos de sus colegas formaron la Sociedad Smeatoniana de Ingenieros Civiles, un grupo de líderes de la profesión que se reunieron informalmente durante una cena. Aunque hubo evidencia de algunas reuniones técnicas, se trataba de poco más que una sociedad social.
En 1818 se fundó la Institución de Ingenieros Civiles en Londres, [13] y en 1820 el eminente ingeniero Thomas Telford se convirtió en su primer presidente. La institución recibió una carta real en 1828, reconociendo formalmente la ingeniería civil como profesión. Su estatuto definió la ingeniería civil como:
el arte de dirigir las grandes fuentes de poder de la naturaleza para uso y conveniencia del hombre, como medio de producción y de tráfico en los estados, tanto para el comercio exterior como interior, tal como se aplica en la construcción de carreteras, puentes, acueductos, canales. , navegación fluvial y muelles para las relaciones e intercambios internos, y en la construcción de puertos, muelles, muelles, rompeolas y faros, y en el arte de la navegación por fuerza artificial con fines de comercio, y en la construcción y aplicación de maquinaria, y en el drenaje de ciudades y pueblos. [14]
La primera universidad privada que enseñó ingeniería civil en los Estados Unidos fue la Universidad de Norwich , fundada en 1819 por el capitán Alden Partridge. [15] El primer título en ingeniería civil en los Estados Unidos fue otorgado por el Instituto Politécnico Rensselaer en 1835. [16] [17] El primer título de este tipo otorgado a una mujer fue otorgado por la Universidad de Cornell a Nora Stanton Blatch en 1905. [18]
En el Reino Unido, a principios del siglo XIX, la división entre ingeniería civil e ingeniería militar (atendida por la Real Academia Militar de Woolwich ), junto con las demandas de la Revolución Industrial, generaron nuevas iniciativas de educación en ingeniería: la Clase de Ingeniería Civil y Minería. se fundó en el King's College de Londres en 1838, principalmente como respuesta al crecimiento del sistema ferroviario y la necesidad de ingenieros más calificados, en 1839 se estableció el Colegio privado de Ingenieros Civiles en Putney y se estableció la primera Cátedra de Ingeniería del Reino Unido. en la Universidad de Glasgow en 1840.
Los ingenieros civiles suelen poseer un título académico en ingeniería civil. La duración del estudio es de tres a cinco años, y el título completado se designa como licenciatura en tecnología o 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 una licenciatura (BEng/BSc) normalmente proporciona 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. [19]
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 estudios. Después de completar un programa de grado certificado, el ingeniero debe cumplir con una variedad de requisitos que incluyen experiencia laboral y requisitos de exámenes 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 profesional colegiado (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 que permiten a los ingenieros ejercer a través de las fronteras nacionales.
Los beneficios de la certificación varían según la ubicación. Por ejemplo, en Estados Unidos y Canadá, "sólo 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". [20] Este requisito se aplica en virtud de la legislación provincial, como la Ley de Ingenieros de Quebec . [21] No se ha promulgado legislación de este tipo en otros países, incluido el Reino Unido. En Australia, la concesión de licencias estatales a ingenieros se limita al estado de Queensland . Casi todos los organismos certificadores mantienen un código de ética que todos los miembros deben cumplir. [22]
Los ingenieros deben obedecer la ley contractual 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 agravio por negligencia y, en casos extremos, a cargos penales. [23] El trabajo de un ingeniero también debe cumplir con muchas otras reglas y regulaciones, como códigos de construcción y leyes ambientales .
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, presas, suministro eléctrico y de comunicaciones. La ingeniería civil general también se conoce como ingeniería de sitio, una rama de la ingeniería civil que se enfoca principalmente en convertir una extensión de terreno de un uso a otro. Los ingenieros de sitio dedican tiempo a visitar los sitios del proyecto, reunirse con las partes interesadas y preparar 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 residenciales, comerciales, industriales y de obras públicas de todos los tamaños y niveles de construcción.
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. Defensa costera es el término más tradicional, pero la gestión costera también se ha vuelto popular.
La ingeniería de la construcción involucra planificación y ejecución, transporte de materiales, desarrollo de sitio en base a ingeniería hidráulica, ambiental, estructural y geotécnica. Como las empresas de construcción tienden a tener un mayor riesgo comercial que otros tipos de empresas de ingeniería civil, los ingenieros de construcción a menudo participan en transacciones más comerciales, por ejemplo, redactar y revisar contratos, evaluar operaciones logísticas y monitorear los precios de los suministros.
La ingeniería sísmica implica el diseño de estructuras para resistir exposiciones peligrosas a terremotos. La ingeniería sísmica es una subdisciplina de la ingeniería estructural. Los principales objetivos de la ingeniería sísmica son [24] comprender la interacción de estructuras en terrenos inestables; prever las consecuencias de posibles terremotos; y diseñar, construir y mantener estructuras para funcionar en caso de terremotos de conformidad con los códigos de construcción .
Ingeniería ambiental es el término contemporáneo para ingeniería sanitaria , aunque tradicionalmente la ingeniería sanitaria no había incluido gran parte del trabajo de gestión de desechos peligrosos y remediación ambiental cubierto por la ingeniería ambiental. Otros términos que se utilizan son ingeniería de salud pública e ingeniería de salud ambiental.
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 de una 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 el manejo 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.
La ingeniería forense es la investigación de materiales, productos , estructuras o componentes que fallan o no funcionan según lo previsto, causando lesiones personales o daños a la propiedad. Las consecuencias de un fallo se rigen por la ley de responsabilidad del producto. Este campo también se ocupa de rastrear procesos y procedimientos que conducen a accidentes en el funcionamiento de vehículos o maquinaria. El tema se aplica con mayor frecuencia en casos de derecho civil, aunque puede ser útil en casos de derecho penal. Generalmente, el propósito de una investigación de ingeniería forense es localizar la causa o causas de la falla con miras a mejorar el rendimiento o la vida útil de un componente, o ayudar a un tribunal a determinar los hechos de un accidente. También puede implicar la investigación de reclamaciones de propiedad intelectual, especialmente patentes .
La ingeniería geotécnica estudia rocas y suelos 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 forma segura y económica. Los esfuerzos ambientales para proteger las aguas subterráneas y mantener de forma segura los vertederos han generado una nueva área de investigación llamada ingeniería geoambiental. [25] [26]
La identificación de las propiedades del suelo presenta desafíos para los ingenieros geotécnicos. Las condiciones límite suelen estar bien definidas en otras ramas de la ingeniería civil, pero a diferencia del acero o el hormigón, las propiedades materiales 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 . [25] Los ingenieros geotécnicos trabajan frecuentemente con geólogos profesionales , profesionales de ingeniería geológica y científicos del suelo. [27]
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 hormigón asfáltico, 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 y química aplicadas . 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 del análisis de fallas .
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 los desafíos ambientales . [28]
La ingeniería estructural se ocupa del diseño estructural y el análisis estructural de edificios, puentes, torres , pasos elevados (pasos elevados), túneles, estructuras marinas 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 peso propio 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 que sean seguras para sus usuarios y que funcionen con éxito. cumplir la función para la que fueron diseñados (ser útiles ). Debido a la naturaleza de algunas condiciones de carga, han surgido subdisciplinas dentro de la ingeniería estructural, incluidas la ingeniería eólica y la ingeniería sísmica. [29]
Las consideraciones de diseño incluirán resistencia, rigidez y estabilidad de la estructura cuando se somete a cargas que pueden ser estáticas, como muebles o peso propio, o dinámicas, como cargas de viento, sísmicas, de multitudes o de vehículos, o transitorias, como cargas temporales. cargas de construcción o impactos. Otras consideraciones incluyen costo, constructibilidad, seguridad, estética y sostenibilidad .
La topografía es el proceso mediante el cual un topógrafo mide ciertas dimensiones que ocurren en o cerca de la superficie de la Tierra. Se utilizan equipos topográficos, como niveles y teodolitos, para medir con precisión la desviación angular y las distancias horizontales, verticales y de pendiente. Con la informatización, la medición electrónica de distancias (EDM), las estaciones totales, los topógrafos GPS y el escaneo láser han suplantado en gran medida a los instrumentos tradicionales. Los datos recopilados mediante mediciones topográficas se convierten en una representación gráfica de la superficie de la Tierra en forma de mapa. Luego, los ingenieros civiles, contratistas y agentes inmobiliarios utilizan esta información para diseñar, construir y comercializar, respectivamente. Los elementos de una estructura deben dimensionarse y ubicarse en relación entre sí y con los límites del sitio y las estructuras adyacentes.
Aunque la topografía es una profesión distinta con calificaciones y acuerdos de licencia separados, los ingenieros civiles están capacitados en los conceptos básicos de topografía y cartografía, así como en sistemas de información geográfica . Los topógrafos también trazan las rutas de ferrocarriles, vías de tranvía , autopistas, carreteras, tuberías y calles, así como posicionan otras infraestructuras, como por ejemplo puertos , antes de la construcción.
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 autorizado generalmente se requieren para estudios de límites (para establecer los límites de una parcela utilizando su descripción legal) y planes de subdivisión (una parcela o mapa basado en un estudio de una parcela de tierra, con líneas límite dibujadas dentro del parcela más grande para indicar la creación de nuevas líneas limítrofes y caminos), los cuales generalmente se conocen como levantamiento catastral .
Los peritajes de construcción generalmente los realizan técnicos especializados. A diferencia de los agrimensores, el plan resultante no tiene personalidad jurídica. Los topógrafos de construcción realizan las siguientes tareas:
La ingeniería del transporte se ocupa de mover personas y mercancías de manera eficiente, segura y de una manera propicia para 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 del transporte, planificación del transporte , ingeniería de tráfico , algunos aspectos de la ingeniería urbana , teoría de colas , ingeniería de pavimentos , Sistema de Transporte Inteligente (ITS) y gestión de infraestructura.
La ingeniería municipal se ocupa de la infraestructura municipal. Esto implica especificar, diseñar, construir y mantener 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 porción 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 servicios de autobuses . Algunas de estas disciplinas se superponen con otras especialidades de la ingeniería civil; sin embargo, la ingeniería municipal se centra en la coordinación de estas redes y servicios de infraestructura, ya que a menudo se construyen simultáneamente y son gestionados 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, caminos de acceso, estacionamientos, suministro de agua potable, tratamiento o pretratamiento de aguas residuales, drenaje del sitio, etc.)
La ingeniería de recursos hídricos se ocupa de la recolección y gestión del agua (como recurso natural ). Por lo tanto, como disciplina combina elementos de hidrología, ciencias ambientales, meteorología , conservación y gestión de recursos . Esta área de la ingeniería civil se relaciona con la predicción y gestión tanto de la calidad como de la cantidad de agua en recursos tanto 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 adentro, 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 abastecimiento de agua , instalaciones de drenaje (incluidos puentes, presas, 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.
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. [30] [31]
