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Ramas de la ingeniería civil
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Ramas de la ingeniería civil

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  • 1. RAMAS DE LA INGENIERÍA CIVIL
  • 2. INTRODUCCIÓN:Existen varias especialidades y subdisciplinas dentro de la carrera de ingeniero civil y lamayor parte de los ingenieros civiles trabaja centrado en alguna especialidad. Todastienen en común la necesidad de conocimientos matemáticos y físicos avanzados y lacapacidad de resolver problemas de forma óptima.
  • 3. 1-INGENIERÍA ESTRUCTURALLa ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño ycálculo de la parte estructural en las edificaciones y demás obras. Su finalidad es la deconseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el punto de vista de laresistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicaciónde la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas estructuralestales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas, túneles,etc.Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar paraalcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no sederrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibraciónen un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por haceruso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunosejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, lascolumnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cadamiembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera uhormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructurasmás complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.
  • 4. PRINCIPIOS ESTRUCTURALES:Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser incluida en el cálculode los elementos mecánicos (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de laestructura como sistema y/o de los elementos que la componen. Las cargas estructuralesson generalmente clasificadas como: cargas muertas que actúan de forma continua y sincambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujesde líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de contención),tensores (como en puentes), presfuerzo, asientos permanentes; cargas vivas que sonaquellas que varían su intensidad con el tiempo por uso o exposición de la estructura,tales como el tránsito en puentes, cambios de temperatura, maquinaria (como unaprensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales que tienen suorigen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestación es de cortaduración como lo son los eventos sísmicos o ráfagas de viento.Algunos principios básicos del cálculo estructural son:-Aleatoriedad e incertidumbre, sobre el valor de las cargas actuantes, por lo que estasdeben ser tratadas como variables aleatorias por lo que un cálculo estructural seguroincluye determinar valores estadísticos asociados a la densidad de probabilidad de cadacarga. Así se define el valor característico de una carga F de efecto desfavorable como elvalor tal que:Para los cálculos se define el valor de dimensionado o valor de cálculo que es un valormayorado calculado a partir del valor característico y los correspondientes coeficientes deseguridad como:Donde es el coeficiente de mayoración de fuerzas.Método de los estados límites, muchas instrucciones técnicas y métodos recomendadosusan este método consistente en identificar un conjunto de situaciones potencialmentepeligrosas para la estructura, cuando el valor de cierta magnitud supera un cierto umbral.El cálculo estructural consiste en identificar un conjunto de magnitudes relevantes ycomprobar que para todas ellas se cumple que:
  • 5. Donde es valor de cálculo previsto o "valor demando" con una probabilidad alta a lolargo de la vida útil de la estructura; y es el valor último (o capacidad máxima) que escapaz de proporcionar la estructura por sus características. Si el valor de cálculo previstono supera en ningún caso la capacidad potencial de la estructura, se juzga que laestructura mantendrá la integridad estructural y será segura para su uso establecido.Hipótesis de carga, dadas las incertidumbres existentes sobre una estructura, y lasdiferentes condiciones en que puede trabajar, no resulta posible determinar mediante unúnico cálculo o combinación de cargas el efecto general de las cargas. Por esa razón lamayoría de instrucciones técnicas establecen diferentes combinaciones de carga, que ensu conjunto reproducen situaciones cualitativamente diferentes que pueden ocurrirdurante la vida útil de una estructura.
  • 6. 2-INGENIERÍA HIDRÁULICA:La ingeniería hidráulica es una de las ramas tradicionales de la ingeniería civil y se ocupade la proyección y ejecución de obras relacionadas con el agua, sea para su uso, como enla obtención de energía hidráulica, la irrigación, potabilización, canalización, u otras, seapara la construcción de estructuras en mares, ríos, lagos, o entornos similares, incluyendo,por ejemplo, diques, represas, canales, puertos, muelles, rompeolas, entre otrasconstrucciones.Los ingenieros hidráulicos se ocupan de diseñar, construir y operar las obras hidráulicas,valiéndose principalmente de la investigación, dado que la ingeniería hidráulica sesustenta, casi en un 90%, en resultados experimentales. Leonardo Da Vinci afirmaba:"cuando trates con el agua, consulta primero la práctica, y luego la teoría". Mucho se haavanzado desde entonces, por los dos caminos. Las formulaciones teóricas utilizan en todomomento los instrumentos matemáticos más avanzados de cada época, pero al final aquíy allí, siempre acaba apareciendo un coeficiente empírico, una fórmula empírica, que es laforma que, al final, permite resolver el problema práctico, y que fue determinada enfunción de experimentos, tanto de laboratorio, como en obras construidas y operantes.Los ingenieros hidráulicos se ocupan de:Las llamadas grandes estructuras como, por ejemplo, presas, esclusas, canales navegables,puertos, etc.Obras relacionadas con la agricultura, especialización de la ingeniería hidráulica, conocidacomo hidráulica agrícola (rama propia de Ingeniería agrícola): sistemas de riego, sistemasde drenaje.Obras relacionadas con el medio ambiente: presas filtrantes para el control de la erosión,obras de encauzamiento de ríosEn algunas universidades la carrera de ingeniería civil se divide después de los primeros 2ó 3 años en diversas especialidades, una de las cuales es la hidráulica. A partir de estadivisión se van enfatizando temas diferentes para cada especialidad, manteniéndose sinembargo muchos temas comunes para todos los cursos de ingeniería civil. En lastitulaciones de Ingeniería agrícola también se estudia ingeniería hidráulica, especialmenteen las especialidades de recursos hidraúlicos. Tanto el Ingeniero civil como el Ingenieroagrícola durante su formación universitaria toman simultáneamente el curso de mecánicade fluidos (precedido por cuatro niveles de cálculo, dos de física y por estática y dinámica),luego toman un curso de hidráulica de tuberías o flujo a presión y posteriormente uncurso de hidráulica de canales abiertos, así como un curso de hidrología. Después, el
  • 7. Ingeniero civil toma cursos de acueductos, alcantarillados e ingeniería de puertos y costas,mientras que el Ingeniero agrícola toma cursos de diseño de sistemas de riego, diseño desistemas de drenaje y paralelamente con el ingeniero civil cursos de estructurashidráulicas. Tanto el Ingeniero Civil como Agrícola son los únicos profesionales idóneospara desarrollar obras hidráulicas y para tomar cursos de especialización, maestría odoctorado en el área de Recursos Hidráulicos o Ingeniería Hidráulica.
  • 8. 3-INGENIERÍA GEOTÉCNICA:La Ingeniería geotécnica es la rama de la Ingeniería civil e ingeniería geológica que seencarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de losmateriales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y lasrocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar lascimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas,estabilizar taludes, construir túneles y carreteras, etc.Antiguamente, a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos; pero eltérmino se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración demateriales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de laingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente.Se considera a Karl Terzaghi como el padre de la ingeniería geotécnica y la mecánica desuelos.INGENIEROS GEOTÉCNICOS:Por ello, los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de lamecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de lageología. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinadosmateriales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales odiagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etc.) que han sufrido.Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentacionessuperficiales (zapatas), cimentaciones semiprofundas (pozos), y cimentaciones profundas(pilotes). Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca yque para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobrelos que están asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los túnelesson estructuras construidas a través del suelo o roca y cuyo método constructivo dependeen gran medida de las características del terreno que se verá afectado (tipos y condicionesde materiales atravesados, condiciones hidrogeológicas, etc.) lo que influye a su vez en laduración de la obra y en sus costes.Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, laspropiedades y el ambiente de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humanatales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída derocas.
  • 9. 4-INGENIERÍA DEL TRANSPORTE:La Ingeniería del transporte o Ingeniería de Transporte es la rama de la ingeniería civil quetrata la planeación, el diseño, operación y administración de las facilidades de cualquiermodo de transporte con el fin de proveer un movimiento seguro, conveniente, económicoy ambientalmente amigable de bienes y personas. La ingeniería de transporte es una delas áreas de la ingeniería que más se relaciona con otras disciplinas, como: planificaciónurbana, economía, sicología, diseño, comunicación social, ciencia política y estadística.Los aspectos relacionados con la planificación de transporte están relacionadosmayoritariamente con aspectos espaciales (localización de actividades), aspectos sociales(actitudes y comportamientos de las personas) y aspectos técnicos. Tradicionalmente laplanificación de transporte se ha concentrado en la modelización de transporte,metodología ampliamente utilizada para pronosticar los tráficos futuros de personas ovehículos. Sin embargo esta metodología no es aplicable para los pronósticos de demandade modos activos como la bicicleta y la caminata.
  • 10. 5-INFRAESTRUCTURA VIAL Y PAVIMENTOS:FIRME:El firme, superficie de la carretera o pavimento es el material superficial permanente quesostiene el tráfico peatonal y vehicular de una vía o camino. En el pasado se usabanguijarros y adoquines, pero estos quedaron reemplazados por asfalto y hormigón, quepermiten un paso más cómodo y una puesta más económica, dejando los adoquines paralugares históricos. A los firmes actuales se le exigen tres características básicas:Ser impermeables al agua, para evitar que la lluvía dañe la base del firmeMantener una superficie cómoda y adecuada para la circulación. Si el firme es resbaladizopuede ser peligroso para la circulación, de la misma forma que si está bacheado.Resistir las cargas que se ve sometido por el tráficoEsto plantea un grave problema ambiental que plantean los firmes en las ciudades, es suimpermeabilidad, que aumenta el peligro de inundación. Para evitarlo se han empezado adesarrollar firmes permeables con drenajes. Además los firmes son usualmente pintadoscon marcas horizontales en el suelo para guiar el tráfico. La calidad del firme, su espesor ysu rugosidad dependen de la clasificación de la carretera y del tráfico que soporte,estando en algunos países determinada por normativa técnica, como por ejemplo España.-FIRMES DE ASFALTO:Asfalto (especificamente, hormigón asfáltico) ha sido ampliamente usado desde los años1920-1930. La naturaleza viscosa del betún hace que se pueda realizar un material conuna capacidad significativa de resistir la deformación plástica, aunque la fatiga debida a lacarga repetida del firme es la principal causa de rotura. La mayor parte de las superficiesasfálticas descansan sobre un capa de gravas o de zahorras. En zonas ricas en arcillas ylimos a veces se acude a la estabilización con cemento portand para mejorar la base.Polypropileno y poliestergeosintético también están siendo usados para este propósito.3En algunos países septentrionales se usa una capa de poliestireno para prevenir la entradadel hielo en la capa base.4Dependiendo de la temperatura que se le aplique, el asfalto se categoriza en MezclaAsfáltica en Caliente, Mezcla Bituminosa Templada o Mezcla Bituminosa en Frío.
  • 11. Mezcla bituminosa en caliente:5 Se aplica a temperaturas entre 90 °C y 120 °C, hay quegastar una elevada cantidad de energía para la puesta (ya que hay calentarlo) y generauna enorme polución de compuestos volátiles.6Mezcla bituminosa en frío: Se emplea en zonas rurales, lejanas a la fábrica de mezclas, yen pequeñas reparaciones.7Las ventajas que suponen una vía asfaltada son reducción de ruido (en comparación conotros tipos de firme), menor coste que otras opciones y fácil reparación. Las desventajasincluyen menor durabilidad que otros métodos, menor resistencia que el hormigón,tendencia a ablandarse en lugares muy cálidos y una mayor cantidad de contaminacióndel suelo debido al empleo de hidrocarburos.En la década de 1960 se empleó por primera vez el asfalto goma que mezcla el asfalto conviruta procedente de neumáticos. Este tipo de asfalto tiene varias ventajas: Permite darun uso a los neumáticos (que además son inflamables) de vertederos, reducen el ruido delpaso de vehículos entre 7 y 12 dB respecto al asfalto convencional y además el asfaltogoma dura más tiempo que el convencional. Sin embargo la aplicación de asfalto goma esmás sensible a las temperaturas y en algunos lugares solo puede ser aplicado enmomentos muy determinados del año.-FIRMES DE HORMIGON:Los firmes de hormigón (específicamente, hormigón de cemento Portland) se creanusando una mezcla de cemento Portland, grava, arena y agua. El material es aplicadocuando es una lechada fresca, y trabajado mediante medios mecánicos (vibrado) paracompactar el interior y permitir que el cemento más fino quede en la capa superior paracrear una superficie más suave y densa, libre de la piel de cocodrilo (grietas que seproducen por la retracción del hormigón). El agua permite que la mezcla se combine anivel molecular en un proceso llamado hidratación.Las superficies de hormigón pueden ser de los siguientes tres tipos en función deltratamiento de las fisuras:Pavimentos de Hormigón con Junta Normal (en inglés JointedPlain Concrete Pavements(JPCP)) se realizan con juntas suficientes para prevenir todas las fisuras naturales quepuedan producirse. Las grietas se concentran en las juntas y no aparecen en otra parte dela losa. Los pavimentos de junta plana no contienen ningún refuerzo de acero. Sinembargo es posible que las juntas transversales queden unidas por acero sin corruga (lacorruga deterioraría el hormigón por rozamiento, por lo que se pone lisa). El espacio entre
  • 12. juntas transversales está entre los 15 y 10 metros para losas de 18 a 30 centímetros. En laactualidad la mayor parte de las agencias estatales de Estados Unidos usan este sistema.Pavimentos de Hormigón Armado con Junta (en inglés JointedReinforced ConcretePavements (JRCP)) contienen una malla de acero de refuerzo (a veces llamado acerodistribuido). En estos pavimentos las losas son mucho mayores y las juntas estánreforzadas con acero para evitar que se fisuren las losas. El espacio entre juntas era de 30metros o más. En el pasado, algunas agencias de carreteras estadounidenses llegaron a los100 metros. Este método ha sido muy usado en el Este de Estados Unidos y en el MedioOeste. Aunque muchas agencias lo usan no es un diseño recomendable ya que es laopción más difícil de reparar.Pavimentos de Hormigón Armado Continuos (en inglés ContinuouslyReinforced ConcretePavements (CRPC)) no requieren ninguna junta transversal. Las fracturas transversales seesperan en la losa, generalmente a intervalos de 1 - 1,5 metros. Los pavimentos CRPCestán diseñados con el suficiente acero, 0,6-0,7% del área transversal, para mantener lasfisuras juntas. Determinar un espaciamiento apropiado entre las fisuras es una parte delproceso de diseño para este tipo de pavimento. Su puesta inicial es la opción más cara,debido a la mayor cantidad de acero, pero también son las más eficientes en corredoresurbanos con un tráfico muy elevado.Una ventaja de las carreteras de hormigón es que son más resistentes y duran más que lasde asfalto. Además tienen un mantenimiento muy fácil, porque una vez que se desgastanpueden repararse fácilmente para volver a recuperar la textura. Las desventajas son tenerun elevado coste inicial, son más rudas para el conductor, la fisuración nunca se detiene yson más difíciles de reparar si sufren una fractura. Los estudios recientes demuestran quela mayor parte de estas vías se encuentran dañadas a causa del peso de los camiones. Lasreparaciones suelen ser caras y consumen mucho tiempo.
  • 13. ANEXOS:1-INGENIERÍA ESTRUCTURAL:
  • 14. 2-INGENIERÍA HIDRÁULICA:
  • 15. 3-INGENIERÍA GEOTÉCNICA:
  • 16. 4-INGENIERÍA DEL TRANSPORTE:
  • 17. 5-INFRAESTRUCTURA VIAL Y PAVIMENTOS:

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