Engenharia Civil - Civil engineering

Uma troca de pilha de vários níveis , edifícios, casas e parque em Xangai , China

Engenharia civil é uma disciplina profissional de engenharia que lida com o projeto, construção e manutenção do ambiente físico e naturalmente construído, incluindo obras públicas , como estradas, pontes, canais, barragens, aeroportos, sistemas de esgoto , dutos, componentes estruturais de edifícios, e ferrovias.

A engenharia civil é tradicionalmente dividida em várias subdisciplinas. É considerada a segunda disciplina de engenharia mais antiga depois da engenharia militar e é definida para distinguir a engenharia não militar da engenharia militar. A engenharia civil pode ser realizada no setor público, desde departamentos de obras públicas municipais até agências do governo federal, e no setor privado, de empresas locais a empresas globais da Fortune 500 .

História

Engenharia civil como disciplina

A engenharia civil é a aplicação de princípios físicos e científicos para resolver os problemas da sociedade, e sua história está intimamente ligada aos avanços na compreensão da física e da matemática ao longo da história. Como a engenharia civil é uma profissão ampla, incluindo várias subdisciplinas especializadas, sua história está ligada ao conhecimento de estruturas, ciência dos materiais, geografia, geologia , solos , hidrologia , ciência ambiental , mecânica , gerenciamento de projetos e outros campos.

Ao longo da história antiga e medieval, a maioria dos projetos e construções arquitetônicos foram executados por artesãos , como pedreiros e carpinteiros , assumindo o papel de mestre construtor . O conhecimento era retido nas guildas e raramente suplantado por avanços. As estruturas, estradas e infra-estruturas existentes eram repetitivas e os aumentos de escala eram incrementais.

Um dos primeiros exemplos de uma abordagem científica para problemas físicos e matemáticos aplicáveis ​​à engenharia civil é o trabalho de Arquimedes no século 3 aC, incluindo o Princípio de Arquimedes, que sustenta nossa compreensão de flutuabilidade , e soluções práticas como o parafuso de Arquimedes . Brahmagupta , um matemático indiano, usou a aritmética no século 7 DC, com base em numerais hindu-arábicos, para cálculos de escavação (volume).

Profissão de engenheiro civil

A engenharia tem sido um aspecto da vida desde o início da existência humana. A prática mais antiga da engenharia civil pode ter começado entre 4000 e 2000 AC no antigo Egito , na Civilização do Vale do Indo e na Mesopotâmia (antigo Iraque), quando os humanos começaram a abandonar a existência nômade , criando a necessidade da construção de um abrigo. Durante este tempo, o transporte tornou-se cada vez mais importante, levando ao desenvolvimento da roda e da vela .

Leonhard Euler desenvolveu a teoria que explica a flambagem das colunas.

Até os tempos modernos, não havia uma distinção clara entre engenharia civil e arquitetura, e os termos engenheiro e arquiteto eram principalmente variações geográficas que se referiam à mesma ocupação, e muitas vezes usados ​​como sinônimos. A construção de pirâmides no Egito (cerca de 2700–2500 aC) foram alguns dos primeiros exemplos de construções de grandes estruturas. Outras antigas construções de engenharia civil históricas incluem o sistema de gerenciamento de água Qanat (o mais antigo tem mais de 3.000 anos e mais de 71 km), o Partenon por Iktinos na Grécia Antiga (447-438 aC), a Via Ápia por engenheiros romanos (c. 312 AC), a Grande Muralha da China pelo General Meng T'ien sob as ordens do Imperador Ch'in Shih Huang Ti (c. 220 AC) e as stupas construídas no antigo Sri Lanka como o Jetavanaramaya e as extensas obras de irrigação em Anuradhapura . Os romanos desenvolveram estruturas civis em todo o seu império, incluindo especialmente aquedutos , insulae , portos, pontes, represas e estradas.

Um aqueduto romano [construído por volta de 19 AC], Pont du Gard , França
Chichen Itza era uma grande cidade pré-colombiana no México construída pelo povo maia do período pós-clássico. O templo da coluna nordeste também cobre um canal que canaliza toda a água da chuva do complexo a cerca de 40 metros (130 pés) de distância para uma rejollada, um antigo cenote .

No século 18, o termo engenharia civil foi cunhado para incorporar todas as coisas civis em oposição à engenharia militar. Em 1747, a primeira instituição para o ensino de engenharia civil, a École Nationale des Ponts et Chaussées foi fundada na França; e mais exemplos seguidos em outros países europeus, como a Espanha . O primeiro engenheiro civil autoproclamado foi John Smeaton , que construiu o Farol de Eddystone . Em 1771, Smeaton e alguns de seus colegas formaram a Sociedade Smeatoniana de Engenheiros Civis, um grupo de líderes da profissão que se reunia informalmente durante o jantar. Embora houvesse evidências de algumas reuniões técnicas, era pouco mais do que uma sociedade social.

John Smeaton , o "pai da engenharia civil"

Em 1818, a Instituição de Engenheiros Civis foi fundada em Londres, e em 1820 o eminente engenheiro Thomas Telford tornou-se seu primeiro presidente. A instituição recebeu uma Carta Real em 1828, reconhecendo formalmente a engenharia civil como profissão. Seu estatuto definia a engenharia civil como:

a arte de direcionar as grandes fontes de poder da natureza para o uso e conveniência do homem, como meios de produção e de tráfico nos estados, tanto para o comércio externo quanto para o interno, aplicado na construção de estradas, pontes, aquedutos, canais , navegação fluvial e docas para intercâmbio e intercâmbio interno, e na construção de portos, portos, molhes, quebra-mares e faróis, e na arte da navegação por força artificial para fins de comércio e na construção e aplicação de máquinas, e na drenagem de cidades e vilas.

Ensino de engenharia civil

A primeira faculdade particular a ensinar engenharia civil nos Estados Unidos foi a Norwich University , fundada em 1819 pelo capitão Alden Partridge. O primeiro diploma em engenharia civil nos Estados Unidos foi concedido pelo Rensselaer Polytechnic Institute em 1835. O primeiro diploma a ser concedido a uma mulher foi concedido pela Cornell University a Nora Stanton Blatch em 1905.

No Reino Unido durante o início do século 19, a divisão entre engenharia civil e engenharia militar (servida pela Royal Military Academy, Woolwich ), juntamente com as demandas da Revolução Industrial, gerou novas iniciativas de ensino de engenharia: a Classe de Engenharia Civil e Mineração foi fundado no King's College London em 1838, principalmente como uma resposta ao crescimento do sistema ferroviário e à necessidade de engenheiros mais qualificados, o College for Civil Engineers em Putney foi estabelecido em 1839, e a primeira cadeira de engenharia do Reino Unido foi estabelecida na Universidade de Glasgow em 1840.

Educação

Os engenheiros civis normalmente possuem um diploma acadêmico em engenharia civil. A duração do estudo é de três a cinco anos, e o grau concluído é designado como bacharel em tecnologia ou bacharel em engenharia . O currículo geralmente inclui aulas de física, matemática, gerenciamento de projetos , design e tópicos específicos de engenharia civil. Depois de fazer cursos básicos na maioria das subdisciplinas da engenharia civil, eles passam a se especializar em uma ou mais subdisciplinas em níveis avançados. Embora um diploma de graduação (BEng / BSc) normalmente forneça aos alunos bem-sucedidos qualificação credenciada pela indústria, algumas instituições acadêmicas oferecem programas de pós-graduação (MEng / MSc), que permitem que os alunos se especializem ainda mais em sua área de interesse.

Pesquisando alunos com um professor da Universidade de Tecnologia de Helsinque no final do século 19.

Engenheiros em exercício

Na maioria dos países, o bacharelado em engenharia representa o primeiro passo para a certificação profissional , e um corpo profissional certifica o programa de graduação. Depois de concluir um programa de graduação certificado, o engenheiro deve satisfazer uma série de requisitos, incluindo experiência de trabalho e requisitos de exame antes de ser certificado. Depois de certificado, o engenheiro é designado como engenheiro profissional (nos Estados Unidos, Canadá e África do Sul), engenheiro licenciado (na maioria dos países da Comunidade Britânica), engenheiro profissional licenciado (na Austrália e Nova Zelândia ) ou engenheiro europeu ( na maioria dos países da União Europeia ). Existem acordos internacionais entre organismos profissionais relevantes para permitir que os engenheiros exerçam a sua profissão através das fronteiras nacionais.

Os benefícios da certificação variam dependendo do local. Por exemplo, nos Estados Unidos e no Canadá, "apenas um engenheiro profissional licenciado pode preparar, assinar e lacrar e enviar planos e desenhos de engenharia para aprovação de uma autoridade pública ou selar trabalhos de engenharia para clientes públicos e privados". Este requisito é imposto pelas leis provinciais, como a Lei dos Engenheiros de Quebec . Nenhuma legislação desse tipo foi promulgada em outros países, incluindo o Reino Unido. Na Austrália, o licenciamento estadual de engenheiros é limitado ao estado de Queensland . Quase todos os organismos de certificação mantêm um código de ética que todos os membros devem obedecer.

Os engenheiros devem obedecer às leis contratuais em suas relações contratuais com outras partes. Nos casos em que o trabalho de um engenheiro falha, eles podem estar sujeitos à lei de delito de negligência e, em casos extremos, acusações criminais. O trabalho de um engenheiro também deve cumprir várias outras regras e regulamentos, como códigos de construção e legislação ambiental .

Subdisciplinas

A ponte Akashi Kaikyō no Japão, atualmente a maior extensão de suspensão do mundo.

Existem várias subdisciplinas no amplo campo da engenharia civil. Engenheiros civis gerais trabalham em estreita colaboração com topógrafos e engenheiros civis especializados para projetar classificação, drenagem, pavimentação , abastecimento de água, serviço de esgoto, represas, abastecimento elétrico e de comunicações. A engenharia civil geral também é conhecida como engenharia de site, um ramo da engenharia civil que se concentra principalmente na conversão de um pedaço de terra de um uso para outro. Os engenheiros do local passam o tempo visitando os locais do projeto, reunindo-se com as partes interessadas e preparando planos de construção. Os engenheiros civis aplicam os princípios da engenharia geotécnica, engenharia estrutural, engenharia ambiental, engenharia de transporte e engenharia de construção a projetos residenciais, comerciais, industriais e de obras públicas de todos os tamanhos e níveis de construção.

Engenharia costeira

A engenharia costeira se preocupa com o gerenciamento das áreas costeiras. Em algumas jurisdições, os termos defesa do mar e proteção costeira significam defesa contra inundações e erosão, respectivamente. O termo defesa costeira é o termo mais tradicional, mas o gerenciamento costeiro se tornou mais popular à medida que o campo se expandiu para técnicas que permitem que a erosão reivindique terras.

Engenharia de Construção

A engenharia de construção envolve planejamento e execução, transporte de materiais, desenvolvimento de sites com base em engenharia hidráulica, ambiental, estrutural e geotécnica. Como as empresas de construção tendem a ter maior risco de negócios do que outros tipos de empresas de engenharia civil, os engenheiros de construção frequentemente se envolvem em mais transações comerciais, por exemplo, redigir e revisar contratos, avaliar operações logísticas e monitorar preços de suprimentos.

Engenharia de terremotos

A engenharia de terremotos envolve o projeto de estruturas para suportar exposições perigosas a terremotos. A engenharia de terremotos é uma subdisciplina da engenharia estrutural. Os principais objetivos da engenharia sísmica são compreender a interação das estruturas no terreno instável; prever as consequências de possíveis terremotos; e projetar, construir e manter estruturas para funcionar em terremotos em conformidade com os códigos de construção .

Engenharia Ambiental

Riacho contaminado com poluição da água

Engenharia ambiental é o termo contemporâneo para engenharia sanitária , embora a engenharia sanitária tradicionalmente não tenha incluído muito do gerenciamento de resíduos perigosos e trabalho de remediação ambiental coberto pela engenharia ambiental. Engenharia de saúde pública e engenharia de saúde ambiental são outros termos usados.

A engenharia ambiental lida com o tratamento de resíduos químicos, biológicos ou térmicos, purificação da água e do ar e remediação de locais contaminados após o descarte de resíduos ou contaminação acidental. Entre os temas abordados pela engenharia ambiental são transporte de poluentes, purificação de água , tratamento de águas residuais , a poluição do ar, tratamento de resíduos sólidos , reciclagem e gestão de resíduos perigosos . Os engenheiros ambientais administram a redução da poluição, a engenharia verde e a ecologia industrial . Os engenheiros ambientais também compilam informações sobre as consequências ambientais das ações propostas.

Engenharia forense

A engenharia forense é a investigação de materiais, produtos , estruturas ou componentes que falham ou não funcionam ou funcionam como pretendido, causando ferimentos pessoais ou danos à propriedade. As consequências da falha são tratadas pela lei de responsabilidade do produto. O campo também lida com processos e procedimentos de reconstituição que levam a acidentes na operação de veículos ou máquinas. O assunto é aplicado mais comumente em casos de direito civil, embora possa ser útil em casos de direito penal. Geralmente, o objetivo de uma investigação de engenharia forense é localizar a causa ou as causas da falha com o objetivo de melhorar o desempenho ou a vida útil de um componente, ou para ajudar um tribunal a determinar os fatos de um acidente. Também pode envolver investigação de reivindicações de propriedade intelectual, especialmente patentes .

Engenharia Geotécnica

Um diagrama de fase do solo indicando os pesos e volumes de ar, solo, água e vazios.

A engenharia geotécnica estuda rocha e solo suportando sistemas de engenharia civil. O conhecimento do campo da ciência do solo , ciência dos materiais, mecânica e hidráulica é aplicado para projetar fundações , muros de contenção e outras estruturas com segurança e economia . Os esforços ambientais para proteger as águas subterrâneas e manter os aterros sanitários com segurança geraram uma nova área de pesquisa chamada engenharia geoambiental.

A identificação das propriedades do solo apresenta desafios para os engenheiros geotécnicos. As condições de contorno são frequentemente bem definidas em outros ramos da engenharia civil, mas ao contrário do aço ou do concreto, as propriedades do material e o comportamento do solo são difíceis de prever devido à sua variabilidade e limitação na investigação . Além disso, as exibições de solo não-linear ( tensão dependente) força (alteração de volume associada com a aplicação de tensão de corte), rigidez, e dilatância, fazer estudando mecânica dos solos tudo o mais difícil. Os engenheiros geotécnicos freqüentemente trabalham com geólogos profissionais e cientistas de solo.

Ciência e engenharia de materiais

A ciência dos materiais está intimamente relacionada à engenharia civil. Ele estuda as características fundamentais dos materiais e lida com cerâmicas como concreto e concreto asfáltico misto, metais fortes como alumínio e aço e polímeros termoendurecíveis, incluindo polimetilmetacrilato (PMMA) e fibras de carbono.

A engenharia de materiais envolve proteção e prevenção (tintas e acabamentos). A liga combina dois tipos de metais para produzir outro metal com as propriedades desejadas. Ele incorpora elementos de física e química aplicadas . Com a recente atenção da mídia sobre nanociência e nanotecnologia , a engenharia de materiais tem estado na vanguarda da pesquisa acadêmica. É também uma parte importante da engenharia forense e da análise de falhas .

Desenvolvimento e planejamento do site

Rascunho do plano de local de uso misto proposto

O desenvolvimento do local , também conhecido como planejamento do local , concentra-se no potencial de planejamento e desenvolvimento de um local, bem como na abordagem de possíveis impactos de questões de licenciamento e desafios ambientais .

Engenharia estrutural

Burj Khalifa animação do processo de construção
Exemplo de construção de fundação rasa

A engenharia estrutural se preocupa com o projeto estrutural e análise estrutural de edifícios, pontes, torres , viadutos (viadutos), túneis, estruturas offshore como campos de petróleo e gás no mar, aeroestrutura e outras estruturas. Isso envolve a identificação das cargas que agem sobre uma estrutura e as forças e tensões que surgem dentro dessa estrutura devido a essas cargas e, em seguida, projetar a estrutura para suportar e resistir com sucesso a essas cargas. As cargas podem ser o peso próprio das estruturas, outras cargas mortas, cargas vivas, carga móvel (roda), carga do vento, carga do terremoto, carga da mudança de temperatura, etc. O engenheiro estrutural deve projetar estruturas para serem seguras para seus usuários e para cumprir a função para a qual foram projetados (para serem reparados ). Devido à natureza de algumas condições de carregamento, surgiram subdisciplinas dentro da engenharia estrutural, incluindo engenharia eólica e engenharia sísmica.

As considerações de projeto incluirão resistência, rigidez e estabilidade da estrutura quando submetida a cargas que podem ser estáticas, como móveis ou peso próprio, ou dinâmicas, como vento, sísmica, multidão ou cargas de veículos, ou transitórias, como temporárias cargas de construção ou impacto. Outras considerações incluem custo, construtibilidade, segurança, estética e sustentabilidade .

Topografia

Um aluno usando um nível atarracado

Levantamento é o processo pelo qual um topógrafo mede certas dimensões que ocorrem na superfície da Terra ou próximo a ela. Equipamentos de levantamento, como níveis e teodolitos, são usados ​​para medições precisas de desvios angulares, distâncias horizontais, verticais e de declive. Com a informatização, a medição eletrônica da distância (EDM), as estações totais, o levantamento GPS e a varredura a laser suplantaram em grande parte os instrumentos tradicionais. Os dados coletados por medição de pesquisa são convertidos em uma representação gráfica da superfície da Terra na forma de um mapa. Essas informações são então usadas por engenheiros civis, empreiteiros e corretores de imóveis para projetar, construir e comercializar, respectivamente. Os elementos de uma estrutura devem ser dimensionados e posicionados em relação uns aos outros e aos limites do local e estruturas adjacentes.

Embora a agrimensura seja uma profissão distinta, com qualificações e acordos de licenciamento separados, os engenheiros civis são treinados em noções básicas de agrimensura e mapeamento, bem como em sistemas de informações geográficas . Os topógrafos também traçam as rotas das ferrovias, trilhos do bonde , rodovias, estradas, oleodutos e ruas, bem como posicionam outras infraestruturas, como portos , antes da construção.

Agrimensura

Nos Estados Unidos, Canadá, Reino Unido e na maioria dos países da Commonwealth, a agrimensura é considerada uma profissão separada e distinta. Os agrimensores não são considerados engenheiros e têm suas próprias associações profissionais e requisitos de licenciamento. Os serviços de um agrimensor licenciado são geralmente necessários para levantamentos de limites (para estabelecer os limites de uma parcela usando sua descrição legal) e planos de subdivisão (um lote ou mapa baseado em um levantamento de uma parcela de terreno, com linhas de limite traçadas dentro do parcela maior para indicar a criação de novas linhas de fronteira e estradas), sendo que ambos são geralmente referidos como Levantamento Cadastral .

Marcador de levantamento cadastral BLM de 1992 em San Xavier, Arizona .
Levantamento de construção

O levantamento topográfico é geralmente realizado por técnicos especializados. Ao contrário dos agrimensores, o plano resultante não tem status legal. Os topógrafos da construção executam as seguintes tarefas:

  • Levantamento das condições existentes do futuro local de trabalho, incluindo topografia, edifícios e infraestrutura existentes e infraestrutura subterrânea, quando possível;
  • “lay-out” ou “setting-out”: colocação de pontos de referência e marcadores que orientarão a construção de novas estruturas, como estradas ou edifícios;
  • Verificar a localização das estruturas durante a construção;
  • Levantamento As-Built: levantamento realizado ao final da obra para verificar se as obras autorizadas foram concluídas de acordo com as especificações previstas na planta.

Engenharia de transporte

A engenharia de transporte se preocupa em movimentar pessoas e mercadorias de maneira eficiente, segura e condizente com uma comunidade vibrante. Isso envolve especificar, projetar, construir e manter a infraestrutura de transporte que inclui ruas, canais, rodovias, sistemas ferroviários , aeroportos, portos e transporte público . Inclui áreas como projeto de transporte, planejamento de transporte , engenharia de tráfego , alguns aspectos da engenharia urbana , teoria das filas , engenharia de pavimentação , Sistema de Transporte Inteligente (ITS) e gerenciamento de infraestrutura.

Engenharia municipal ou urbana

A engenharia desta rotatória em Bristol , Inglaterra, tenta fazer com que o tráfego flua livremente

A engenharia municipal preocupa-se com a infraestrutura municipal. Isso envolve especificar, projetar, construir e manter ruas, calçadas , redes de abastecimento de água , esgotos, iluminação pública , gestão e eliminação de resíduos sólidos municipais , depósitos de vários materiais a granel usados ​​para manutenção e obras públicas (sal, areia, etc.) , parques públicos e infraestrutura de ciclismo . No caso de redes subterrâneas de utilidades , também pode incluir a parte civil (conduítes e câmaras de acesso) das redes locais de distribuição de serviços elétricos e de telecomunicações. Também pode incluir a otimização das redes de coleta de lixo e serviços de ônibus . Algumas dessas disciplinas se sobrepõem a outras especialidades da engenharia civil, porém a engenharia municipal concentra-se na coordenação dessas redes e serviços de infraestrutura, pois muitas vezes são construídas simultaneamente e administradas pela mesma autoridade municipal. Os engenheiros municipais também podem projetar as obras civis do local para grandes edifícios, plantas industriais ou campi (ou seja, estradas de acesso, estacionamentos, abastecimento de água potável, tratamento ou pré-tratamento de águas residuais, drenagem do local, etc.)

Engenharia de recursos hídricos

A engenharia de recursos hídricos está preocupada com a coleta e gestão da água (como um recurso natural ). Como uma disciplina, portanto, combina elementos de hidrologia, ciência ambiental, meteorologia , conservação e gestão de recursos . Esta área da engenharia civil está relacionada com a previsão e gestão da qualidade e da quantidade de água nos recursos subterrâneos ( aquíferos ) e acima do solo (lagos, rios e riachos). Os engenheiros de recursos hídricos analisam e modelam áreas muito pequenas a muito grandes da Terra para prever a quantidade e o conteúdo da água conforme ela flui para dentro, através ou para fora de uma instalação. Embora o projeto real da instalação possa ser deixado para outros engenheiros.

A engenharia hidráulica se preocupa com o fluxo e transporte de fluidos, principalmente água. Esta área da engenharia civil está intimamente relacionada ao projeto de dutos , rede de abastecimento de água , instalações de drenagem (incluindo pontes, barragens, canais , bueiros , diques , bueiros ) e canais. Engenheiros hidráulicos projetar essas instalações que utilizam os conceitos de pressão do fluido , estática dos fluidos , dinâmica de fluidos e hidráulica, entre outros.

A roda de Falkirk na Escócia

Sistemas de engenharia civil

Sistemas de engenharia civil é uma disciplina que promove o uso do pensamento sistêmico para gerenciar a complexidade e as mudanças na engenharia civil em seu contexto público mais amplo. Ele postula que o desenvolvimento adequado da infraestrutura de engenharia civil requer uma compreensão holística e coerente das relações entre todos os fatores importantes que contribuem para o sucesso dos projetos, ao mesmo tempo em que enfatiza a importância da atenção aos detalhes técnicos. Seu objetivo é ajudar a integrar todo o ciclo de vida do projeto de engenharia civil , desde a concepção, passando pelo planejamento, projeto, execução, operação até o descomissionamento.

Veja também

Associações

Referências

Leitura adicional

links externos