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INTRODUCCION A LA INGENIERIA
INGENIERIA CIVIL
1. DEFINICION:
La ingeniería civil es la rama de la ingeniería que aplica los conocimientos de física, química y geología a la elaboración de infraestructuras, principalmente edificios, obras hidráulicas y de transporte, en general de gran tamaño y para uso público. Pero no solo esto, es la ingenieria de la civilización, termino que abarca mucho más que la infraestructura.
Tiene también un fuerte componente organizativo que logra su aplicación en la administración del ambiente urbano principalmente, y frecuentemente rural; no sólo en lo referente a la construcción, sino también, al mantenimiento, control y operación de lo construido, así como en la planificación de la vida humana en el ambiente diseñado desde esta misma. Esto comprende planes de organización territorial tales como prevención de desastres, control de tráfico y transporte, manejo de recursos hídricos, servicios públicos, tratamiento de basuras y todas aquellas actividades que garantizan el bienestar de la humanidad que desarrolla su vida sobre las obras civiles construidas y operadas por ingenieros civiles.
2. HISTORIA:
La ingeniería civil será, probablemente, una de las ramas de la Ingeniería más antiguas. Decir que la colocación de piedras sobre un vado o la excavación de una pequeña acequia de regadío podrían ser los principios de la Ingeniería Civil es casi demagógico, pero ya en el antiguo Egipto existían redes de canales que repartían el agua de las crecidas del Nilo entre las terrazas de cultivo, con lo que esto supone de conocimientos de topografía para trazar canales con pendientes descendentes constantes o de construcción de muros para sostener el terreno de las terrazas. Y, desde luego, nadie podría negar que los acueductos, presas, puentes, cloacas, calzadas o puertos de la antigua Roma son obras civiles, muchas de las cuales tardaron siglos en ser superadas y algunas de las cuales todavía funcionan.
Ya sea que se trate de carreteras, canales de irrigación, canales de navegación, presas o puertos, se puede observar que todos los pueblos de la antigüedad han hecho uso en mayor o menor medida de los conocimientos de la Ingeniería Civil, siendo en muchos casos ésta una muestra evidente de sus grandes conocimientos.
La Ingeniería Civil, sin embargo, tal y como se la conoce ahora, tiene su origen a caballo entre los siglos XIX y XX, con el desarrollo de modelos matemáticos de cálculo, mejoras en la fabricación del acero y la invención del hormigón armado. Los trabajos de Castigliano, Möhr o Navier entre otros permitieron abordar analíticamente los esfuerzos que producían en las estructuras las solicitaciones a que éstas eran sometidas para determinar de forma aproximada pero fiable los valores de dichos esfuerzos. Esto permitió el diseño eficiente de estructuras, con garantías de resistencia y una mayor economía.
Las mejoras en los procesos de fabricación de acero permitieron la eliminación de impurezas que reducían su resistencia. A su vez, nuevos procesos de fabricación permitieron la obtención de piezas de longitudes considerables y de mucha mayor resistencia. Los perfiles metálicos así obtenidos abrieron la posibilidad de construir estructuras mucho más esbeltas y ligeras.
Por último, la invención y desarrollo del hormigón armado por parte de ingenieros franceses significó una revolución en el mundo de la construcción, pues este material es capaz de ofrecer grandes resistencias a un coste mucho más bajo que el acero y sin mantenimiento.
Sin embargo, estos nuevos materiales trajeron también algunos problemas. El enfriamiento incorrecto del acero y el fenómeno de la fluencia en el hormigón armado produjeron varios colapsos por rotura frágil, si bien hace ya tiempo que estos problemas han sido comprendidos y solucionados.
Actualmente, la Ingeniería Civil vive un momento de gran expansión. La informática y los nuevos materiales permiten la construcción de estructuras tan impresionantes como el viaducto de Millau, que hace tan sólo unos años serían impensables.
3. ARIA DEL CONOCIMIENTO:
Los conocimientos necesarios para ejercer como ingeniero civil son:
· Conocimientos y bases tanto de geometría como todo tipo de cálculos y manipulaciones matemáticas que sean aplicables en problemas de ingeniería.
· Conocimientos de cálculo de esfuerzos y deformaciones en estructuras ante diferentes acciones (comportamiento de las vigas de un puente ante el paso de un tren, de unapresa ante la presión hidrostática del agua que retiene, de una zapata al transmitir el peso de la estructura que sustenta al terreno.)
· Conocimientos de los materiales que se utilizarán en la ejecución de la obra (resistencia, peso, envejecimiento, etc.).
· Conocimientos del comportamiento del terreno ante las solicitudes de las estructuras que se apoyen en él (capacidad portante, estabilidad ante dichas solicitaciones, etc.).
· Conocimientos de Hidrología para el cálculo de avenidas o caudales para el diseño de presas o azudes, dimensionamiento de luces de puentes, etc.
· Conocimiento de técnicas de cálculo de aforos para el dimensionamiento de las carreteras, etc.
· Conocimientos de estética, de historia, de arte, del paisaje, etc.
· Conocimientos de urbanismo y de ordenación del territorio, que le permiten comprender las fuertes implicaciones territoriales y de ordenación poblacional que suponen las grandes obras de infraestructura.
· Y, por supuesto, conocimiento de los procedimientos, técnicas y maquinaria necesarios para la aplicación de los conocimientos anteriores.
Un ingeniero civil (de caminos, canales y puertos en España) tiene competencias profesionales para realizar obras tan diversas como carreteras, ferrocarriles, puertos, aeropuertos, presas, puentes y viaductos, estructuras de edificación y centrales energéticas, canales, túneles, cimentaciones, movimientos de tierras, regeneración de playas, muros de contención, instalaciones de tratamiento de agua, etc., además de labores de planificación y gestión urbana y territorial.
En general, existe un gran número de posibles soluciones técnicas para un mismo problema y muchas veces ninguna de ellas es claramente preferible a otra. Es la labor de un Ingeniero Civil conocer todas ellas para descartar las menos adecuadas y estudiar únicamente aquellas más prometedoras, ahorrando así tiempo y dinero. Es también labor del Ingeniero Civil el conocimiento de las posibles formas de ejecución de la solución adoptada o de la maquinaria disponible para ello. Debe, además, tener los conocimientos necesarios para evaluar los posibles problemas que se puedan presentar en la obra y adoptar la decisión correcta, considerando, entre otros, aspectos de carácter social y medio ambiental.
Por todo ello, además de una sólida formación, es vital en la labor de un Ingeniero Civil una dilatada experiencia laboral, que le permita reconocer a simple vista el problema y adoptar soluciones que hayan demostrado su fiabilidad en el pasado.
4. CAMPOS DE APLICACION:
Su campo de aplicación es muy amplio. Estarían, por ejemplo, las infraestructuras del transporte:
· Aeropuertos
· Autovías
· Carreteras
· Vías férreas
· Puertos
· Puentes
· Redes de transporte urbano
Las obras hidráulicas:
· Alcantarillado
· Azudes
· Canales para el transporte de agua potable o regadío
· Canales de navegación
· Canalizaciones de agua potable
· Centrales hidroeléctricas
· Depuradoras
· Diques
· Esclusas
· Muelles.
· Presas
La intervención sobre problemas de estabilidad del terreno.
Las estructuras que componen las obras anteriores:
· Terraplenes
· Desmontes
· Obras de contención de terreno
· Túneles
· Zapatas
· Pilares
· Vigas
· Estribos de puentes
En general, las obras de ingeniería civil implican el trabajo una gran cantidad de personas (en ocasiones cientos y hasta miles) a lo largo de lapsos que abarcan desde unas pocas semanas o meses hasta varios años.
Debido al elevado costo de los trabajos que se acometen (piénsese en el coste de una autovía o de una línea de ferrocarril) buena parte delos trabajos que se realizan son para el Estado, o bien para grandes compañías que pretenden la explotación de una infraestructura a largo plazo (autopistas y túneles de peaje, compañías de ferrocarril, etcétera). Sin embargo, sus técnicas son también aplicadas para obras semejantes a las anteriores pero de más pequeña escala, como podrían ser:
· La contención de un terreno difícil en la excavación para la cimentación de un edificio.
· La ejecución de la estructura de un edificio.
· El diseño y ejecución de los sistemas de distribución de agua potable y alcantarillado de una pequeña población (incluyendo lasestaciones de tratamiento de agua potable (ETAP), equipos de bombeo, estaciones de depuración de aguas residuales (EDAR), etc.
· El diseño y urbanización de las calles de una pequeña población
Además, son también competencia de un Ingeniero Civil:
· La planificación, diseño y control de los sistemas de transporte urbano, incluyendo el diseño de intercambiadores y la creación de nuevas líneas o modificación de las existentes.
· Adopción de nuevos sistemas de transporte que no existan en ese momento, como líneas de metro o metro ligero (más comúnmente conocido como tranvía).
· Planificación, ejecución y administración de plantas de tratamiento o incineración de residuos y vertederos.
· Labores auxiliares de ingeniería (control de calidad, ensayos de laboratorio, supervisión de temas de seguridad y salud).
· Mantenimiento de todas las anteriores
De esta forma, un Ingeniero Civil no se limita a las grandes obras de infraestructura, muy raras debido a su elevado coste.
5. RAMAS DE LA INGENIERIA CIVIL:
El título de Ingeniero Civil permite planificar, diseñar, construir, operar, mantener y evaluar todas aquellas obras civiles. La Ingeniería civil tiene una formación con clara orientación práctica.
Las actividades profesionales de un Ingeniero Civil pueden extenderse desde las infraestructuras de transporte (caminos, ciclorrutas, aeropuertos o ferrocarriles) hasta el diseño de grandes represas, aplicando en cada caso las ciencias básicas y la tecnología para obtener soluciones eficientes y convenientes.
La ingeniería civil es una disciplina muy amplia y muy antigua, que a través de la historia se ha venido especializando en varias ramas. Así, es muy raro encontrar ingenieros civiles que se desempeñen en todas las áreas. Por el contrario, es muy frecuente que hoy en día los ingenieros civiles obtengan estudios de posgrado para enfocarse en alguna de las áreas.
Aunque existen diferentes subdivisiones, se puede considerar que existen las siguientes áreas de la ingeniería civil:
Ingeniería Estructural
La ingeniería estructural se encarga de estimar la resistencia máxima de elementos sometidos a cargas variables, cargas permanentes y cargas eventuales (sismos, vientos, nieve, etc.), procurando un estado de servicio maximo al menor costo posible.
Ingeniería Geotécnica
La ingeniería geotécnica se encarga de estimar la resistencia entre partículas de la corteza terrestre de distinta naturaleza, granulometría, humedad, cohesión, y de las propiedades de los suelos en general, con el fin de asegurar la interacción del suelo con la estructura. Además realiza el diseño de la cimentación o soporte para edificios, puentes, etc
Ingeniería Hidráulica
La ingeniería hidráulica (también conocida como ingeniería de recursos de agua) es una de las ramas más antiguas de la ingeniería civil, ya que está presente desde los romanos tradicionales. Se ocupa de la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como en la obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización u otras, sea para la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo, por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otras construcciones. También hace referencia a las maquinas hidráulicas.
Ingeniería de Transporte
Se entiende por Ingeniería de Transporte el conjunto de conocimientos, habilidades, destrezas, prácticas profesionales, principios y valores, necesarios para satisfacer las necesidades sociales sobre movilidad de personas y bienes. La Ingeniería de Transporte es una especialidad de la profesión de ingeniería civil, basada en la aplicación de las ciencias físicas, matemáticas, la técnica y en general el ingenio, en beneficio de la sociedad.
Hasta hace muy poco, el estudio del transporte urbano de personas se basaba principalmente en el diseño, operación y mantenimiento de vías para automóviles. Las problemáticas contemporáneas fundadas en la sostenibilidad (escasez de recursos naturales como el petróleo, el calentamiento global y la calidad de vida en las ciudades) ha hecho que esta disciplina cambie hacia una visión multidisciplinaria del transporte, donde el transporte público y el transporte en modos activos (bicicletas y peatones) ha cobrado una inmensa importancia.
Ingeniería de Materiales
Uno de los aspectos más importantes de la Ingeniería Civil es la ingeniería de materiales. Esta rama de la ingeniería civil estudia las propiedades de los materiales utilizados en la contrucción de obra civiles como el concreto hidráulico, el concreto asfáltico, el acero y los polímero, entre muchos otros.
6. INFRAESTRUCTURA VIAL Y PAVIMENTOS:
 Es el área de la Ingeniería Civil encargada del diseño y mantenimiento de las vías y sus estructuras. Un ingeniero especializado en Infraestructura vial y pavimentos debe tener conocimientos en las siguientes áreas:
· Diseño geométrico de vías
· Diseño de pavimentos rígidos
· Diseño de pavimentos flexibles
· Diseño racional de pavimentos
· Ingeniería de materiales
7. GERENCIA E INGENIERIA DE CONSTRUCCION:
Es la rama de la ingeniería civil que se encarga de realizar las estimaciones de cuanto costará determinado proyecto, del tiempo que tardará en realizarse una obra, de tramitar los permisos correspondientes al momento de iniciar un proyecto, de elaborar contratos entre propietario e ingeniero, de realizar inspecciones para corroborar que todo se haga de acuerdo a los planos y especificacionespredeterminados, de realizar el calendario de actividades por el cual se regirá el contratista para realizar la obra, de realizar la gerenciadel proyecto entre otros aspectos.
La Gerencia de Construcción no es difícil, pero tiene sus exigencias. En ella se requieren personas inteligentes que tengan:
· Habilidad de trabajar en equipo.
· Visión clara del proceso.
· Sistemas que les faciliten el manejo de los detalles.
Trabajar bien con las demás personas es esencial: independientemente de lo brillante que podamos ser, las cosas van a salir mal si los demás no desean nuestro éxito y nuestro éxito esta íntimamente ligado al éxito del proyecto.
El hecho de ser inteligente constituye una buena ayuda, pero generalmente, la gente inteligente prefiere manejar conceptos y delegar los detalles a los demás. En la Gerencia de Construcción se requieren ambas cualidades: inteligencia para manejar los conceptos generales de la conducción del proyecto y diligencia para estar al pendiente de todos los detalles.
La Gerencia de Proyecto debe ayudarse de las computadoras, estas pueden encargarse de organizar y manejar los detalles, pero es el hombre el que plantea los problemas, el que juzga y el que produce los resultados, línea por línea, partida por partida.
8. PRAXIS DE LA INGENIERIA CIVIL:
El trabajo de un Ingeniero Civil comienza al advertirse una determinada necesidad (un nuevo dique en un puerto, la ampliación o construcción de una carretera, una presa que de continuidad y estabilidad al caudal de un río…). En esta etapa de planificación, los ingenieros civiles trabajan en forma integrada con otros profesionales y autoridades nacionales o locales con poder de decisión.
Entra entonces el trabajo de recopilación de los datos necesarios para el diseño de una solución a dicha necesidad, datos que pueden ser topográficos (medición de la superficie real del terreno), hidrológicos (pluviometría de una cuenca, caudal de un río,etc.),estadísticos aforos de las carreteras o calles existentes, densidades de población), etcétera.
Para esta finalidad los diseños de las obras y sistemas más complejos se hacen en varias etapas. La primera etapa denominada de pre-factibilidad, se encarga de analizar el mayor número de soluciones posibles. Es en esta etapa en la cual los organismos competentes decidirán por ejemplo: el emplazamiento de un puerto, el trazado general de una carretera o tomarán la decisión respecto a si construir una vía férrea para transporte de minerales o un mineroducto. Para la toma de decisiones se consideran, entre otros, los siguientes puntos de vista: dificultad de la obra; costo de la obra; impacto ambiental producido por la obra. El estudio de pre-factibilidad involucra un equipo multidisciplinario de técnicos, donde además de ingenieros civiles participan ingenieros eléctricos, mecánicos, geólogos, economistas, sociólogos, ecologistas. Como resultado de esta fase se escogen 2 ó 3 soluciones para detallarlas en la etapa siguiente.
En la siguiente etapa, llamada factibilidad técnico- económica, ya se avanza mucho en los detalles constructivos, en la determinación de los costos, en el crono-grama de construcción y en el flujo de caja necesario para la ejecución de la obra. En esta etapa tienen mucho peso las investigaciones de campo para detectar dificultades específicas relacionadas con la geología de las áreas en las que se intervendrá, y se detallarán los impactos ambientales, incluyendo tanto la parte física como la abiótica y la social. En general es en esta fase que se escoge la solución definitiva, que será detallada en la etapa de diseño definitivo o proyecto ejecutivo.
DOCENTE: ING. RAMÍREZ MUÑOZ CARLOS JAVIER