Obiettivi di apprendimento
Alla fine di questa lezione dovresti essere in grado di:
- Definire l'ingegneria civile
- Descrivi la storia dell'ingegneria civile
- Spiegare le sottodiscipline dell'ingegneria civile
- Spiega le funzioni dell'ingegneria civile
- Spiega i vantaggi dell'ingegneria civile
- Ultimi sviluppi nell'ingegneria civile
L'ingegneria civile si riferisce a un tipo di ingegneria che si occupa di progettare, costruire e mantenere l'ambiente fisico e naturale. Include opere pubbliche come ponti, strade, canali, aeroporti, dighe, ferrovie e sistemi fognari.
L'ingegneria civile è la seconda disciplina più antica dell'ingegneria dopo l'ingegneria militare. È tradizionalmente suddivisa in diverse sottodiscipline. L'ingegneria civile può essere svolta sia nel settore pubblico che in quello privato.
Storia dell'ingegneria civile
La storia dell'ingegneria civile è legata alla conoscenza di settori quali strutture, geografia, scienza dei materiali, geologia, idrologia, terreni, meccanica, scienze ambientali e gestione dei progetti.
Nel corso della storia antica e del Medioevo, la maggior parte delle costruzioni e della progettazione architettonica erano condotte da artigiani come carpentieri e scalpellini. L'infrastruttura esistente era limitata e ripetitiva nel design.
Un primo esempio di approccio scientifico ai problemi fisici e matematici applicabile all'ingegneria civile è il lavoro di Archimede nel III secolo a.C. Le sue opere hanno portato alla comprensione di concetti come la galleggiabilità e soluzioni pratiche come la vite di Archimede.
La più antica pratica di ingegneria civile ebbe inizio nella valle dell'Indo in Egitto e in Mesopotamia nell'antico Iraq. Ciò avvenne tra il 4000 e il 2000 a.C. Lo sviluppo dell'ingegneria civile durante questo periodo fu principalmente influenzato dall'abbandono dell'esistenza nomade da parte delle persone. Ciò creò la necessità di costruire più rifugi. Anche la necessità di trasporto aumentò durante questo periodo, portando all'invenzione della ruota e della vela.
Altri esempi storici di costruzioni di ingegneria civile includono:
- Le piramidi in Egitto (2700-2500 a.C.)
- Il sistema di gestione delle acque Qanat
- Il Partenone nell'antica Grecia (447-438 a.C.)
- La via Appia degli ingegneri romani (312 a.C.), e
- La Grande Muraglia Cinese (220 a.C.).
Sottodiscipline dell'ingegneria civile
Le sottodiscipline dell'ingegneria civile includono:
- Ingegneria strutturale. Si occupa della progettazione e dell'analisi di strutture come ponti, edifici e canali. Comporta l'identificazione dei carichi che agiscono su una struttura e delle forze e sollecitazioni risultanti dal carico. Dopo questa analisi, gli ingegneri progettano una struttura in grado di supportare e resistere con successo a questi carichi. Questi carichi includono: il peso proprio della struttura, il carico delle ruote in movimento, il carico del terremoto e il carico dovuto a variazioni di temperatura. Gli ingegneri strutturali devono progettare strutture efficaci e sicure per l'uso. Le considerazioni di progettazione per gli ingegneri includono: stabilità, resistenza e rigidità.
- Ingegneria edile. Comprende la pianificazione e l'esecuzione di progetti di costruzione. Si occupa di attività quali il trasporto di tutti i materiali da costruzione e lo sviluppo del sito in base alla progettazione stabilita da altre forme di ingegneria civile come l'ingegneria strutturale. Alcuni dei compiti degli ingegneri edili includono: la valutazione delle operazioni logistiche, il monitoraggio dei prezzi delle forniture e la stesura e la revisione dei contratti.
- Ingegneria ambientale. Comprende attività quali il trattamento dei rifiuti (termici, biologici e chimici), la purificazione dell'aria e dell'acqua e la bonifica di siti contaminati. Gli ingegneri ambientali hanno anche il ruolo di compilare informazioni sulle conseguenze ambientali delle azioni umane.
- Ingegneria forense. Comprende l'indagine di componenti, materiali, prodotti e strutture per determinare se operano o funzionano come previsto. Ciò viene fatto per evitare danni alla proprietà o perdite di vite umane. Il loro scopo principale è quello di indagare la causa del guasto e migliorare.
- Scienza e ingegneria dei materiali. Comprende lo studio delle caratteristiche fondamentali di materiali come il cemento e metalli resistenti come acciaio e alluminio. Ci aiuta a capire quali sono i materiali migliori da utilizzare per diverse opere di ingegneria.
- Ingegneria dei trasporti. Si tratta di creare un ambiente in cui sia facile per persone e merci spostarsi da un luogo all'altro in modo efficace. Ciò comporta la progettazione, la costruzione e la manutenzione di infrastrutture per i trasporti come sistemi ferroviari, autostrade, aeroporti, canali e strade.
- Ingegneria delle risorse idriche. Comprende la raccolta e la gestione dell'acqua. Si occupa anche del trasporto e del flusso di fluidi, principalmente acqua, sia di superficie che sotto la superficie.
- Rilievo. Il rilievo è il processo di misurazione di determinate dimensioni sulla superficie terrestre o in prossimità di essa. I geometri aiutano a tracciare il percorso per altre infrastrutture come ferrovie, autostrade e strade.
Funzioni dell'ingegneria civile
Le funzioni dell'ingegneria civile si dividono in tre categorie: funzioni svolte prima della costruzione, funzioni svolte durante la costruzione e funzioni svolte dopo la costruzione.
1. Le funzioni di ingegneria civile svolte prima della costruzione includono:
- Studi di fattibilità. Si tratta di uno studio approfondito dell'obiettivo della costruzione e delle alternative al progetto. Ad esempio, gli studi di fattibilità possono determinare se costruire un ponte o un tunnel. Durante la conduzione di questo studio, devono essere considerati sia i problemi economici che quelli ingegneristici.
- Indagini in loco. Sono simili agli studi di fattibilità ma più estesi. Includono lo studio della meccanica del terreno per garantire la sicurezza delle strutture.
- Progettazione. Questa è l'applicazione della teoria della progettazione da campi come la termodinamica, l'idraulica e la fisica nucleare ai sistemi di progettazione. Comprende anche la ricerca in tecnologia e l'analisi strutturale dei materiali per arrivare a nuovi progetti avanzati.
2. Costruzione. Dopo gli studi di fattibilità, all'ingegnere viene assegnato il compito di costruzione. Dopo gli studi e la progettazione pre-costruzione, all'ingegnere viene richiesto di acquistare materiali e di assemblare un team per eseguire la costruzione.
3. La manutenzione è una funzione dell'ingegneria civile svolta dopo la costruzione. Comporta lavori temporanei per mantenere una struttura in buone condizioni.
Vantaggi dell'ingegneria civile
- Promuove i trasporti attraverso la costruzione di strade, ferrovie, canali e ponti.
- Promuove lo sviluppo energetico sostenendo attività come l'estrazione di carbone e petrolio, l'energia idroelettrica e la produzione di energia solare.
- Promuove la salute pubblica migliorando lo smaltimento dei rifiuti.
- Promuove diversi settori dell'economia, come l'agricoltura, attraverso lo sviluppo di sistemi di irrigazione.
Ultimi sviluppi nell'ingegneria civile
- Building Information Modeling (BIM): il BIM migliora la collaborazione e la visualizzazione del progetto, integrando dati in tempo reale su materiali, tempistiche e costi, rendendo la costruzione più efficiente e riducendo gli errori.
- Materiali sostenibili: l'uso di materiali ecocompatibili come calcestruzzo autoriparante, risorse riciclate e isolamento di origine biologica è in aumento, con l'obiettivo di ridurre l'impatto ambientale e migliorare l'efficienza energetica.
- Stampa 3D: la stampa 3D del calcestruzzo sta accelerando la costruzione, consentendo strutture precise e complesse con sprechi minimi e costi di manodopera ridotti.
- Infrastruttura intelligente: la tecnologia IoT nelle infrastrutture (ad esempio, strade intelligenti, ponti auto-monitorati) sta creando città più intelligenti e reattive che gestiscono in modo efficiente le risorse e migliorano la vita urbana.
- Robotica e automazione: i robot sono sempre più utilizzati per attività come la posa di mattoni, la movimentazione dei materiali e il monitoraggio dei siti, aumentando la produttività e la sicurezza e affrontando al contempo la carenza di manodopera.
- Costruzione fuori sede: i metodi di prefabbricazione e costruzione modulare stanno diventando sempre più popolari per la loro velocità, il controllo di qualità e il ridotto impatto ambientale riducendo al minimo gli sprechi in loco.
