Cele edukacyjne
Pod koniec tej lekcji powinieneś potrafić:
- Zdefiniuj inżynierię lądową
- Opisz historię inżynierii lądowej
- Wyjaśnij poddyscypliny inżynierii lądowej
- Wyjaśnij funkcje inżynierii lądowej
- Wyjaśnij korzyści płynące z inżynierii lądowej
- Najnowsze osiągnięcia w inżynierii lądowej
Inżynieria lądowa odnosi się do rodzaju inżynierii, która zajmuje się projektowaniem, budową i utrzymaniem fizycznego i naturalnego środowiska zabudowanego. Obejmuje ona roboty publiczne, takie jak mosty, drogi, kanały, lotniska, tamy, koleje i systemy kanalizacyjne.
Inżynieria lądowa jest drugą najstarszą dziedziną inżynierii po inżynierii wojskowej. Tradycyjnie dzieli się ją na kilka poddyscyplin. Inżynieria lądowa może mieć miejsce zarówno w sektorze publicznym, jak i prywatnym.
Historia inżynierii lądowej
Historia inżynierii lądowej jest ściśle związana z wiedzą z takich dziedzin, jak konstrukcje, geografia, materiałoznawstwo, geologia, hydrologia, gleboznawstwo, mechanika, nauki o środowisku i zarządzanie projektami.
W całej historii starożytnej i średniowieczu większość projektów budowlanych i architektonicznych była wykonywana przez rzemieślników, takich jak cieśle i kamieniarze. Istniejąca infrastruktura była ograniczona i powtarzalna w projekcie.
Wczesnym przykładem naukowego podejścia do problemów fizycznych i matematycznych mających zastosowanie w inżynierii lądowej jest praca Archimedesa z III wieku p.n.e. Jego prace przyniosły zrozumienie takich pojęć jak pływalność i praktyczne rozwiązania, takie jak śruba Archimedesa.
Najstarsza praktyka inżynierii lądowej rozpoczęła się w dolinie Indusu w Egipcie i Mezopotamii w starożytnym Iraku. Miało to miejsce między 4000 a 2000 r. p.n.e. Rozwój inżynierii lądowej w tym okresie był głównie spowodowany porzuceniem koczowniczego trybu życia przez ludzi. Stworzyło to potrzebę budowy większej liczby schronień. Zapotrzebowanie na transport również wzrosło w tym okresie, co doprowadziło do wynalezienia koła, a także żeglarstwa.
Inne historyczne przykłady budowli inżynierii lądowej obejmują:
- Piramidy w Egipcie (2700-2500 p.n.e.)
- System zarządzania wodą Qanat
- Partenon w starożytnej Grecji (447- 438 p.n.e.)
- Droga Appijska zbudowana przez rzymskich inżynierów (312 p.n.e.) i
- Wielki Mur Chiński (220 p.n.e.).
Poddyscypliny inżynierii lądowej
Poddyscypliny inżynierii lądowej obejmują:
- Inżynieria budowlana. Zajmuje się projektowaniem i analizą konstrukcji, takich jak mosty, budynki i kanały. Obejmuje identyfikację obciążeń działających na konstrukcję oraz wynikających z nich sił i naprężeń. Po tej analizie inżynierowie projektują konstrukcję zdolną do skutecznego podtrzymywania i stawiania oporu tym obciążeniom. Obciążenia te obejmują: ciężar własny konstrukcji, obciążenie ruchomych kół, obciążenie trzęsieniem ziemi i obciążenie wynikające ze zmian temperatur. Inżynierowie budowlani muszą projektować konstrukcje, które są skuteczne i bezpieczne w użytkowaniu. Rozważania projektowe dla inżynierów obejmują: stabilność, wytrzymałość i sztywność.
- Inżynieria budowlana. Obejmuje planowanie i realizację projektów budowlanych. Zajmuje się takimi czynnościami, jak transport wszystkich materiałów budowlanych i zagospodarowanie terenu na podstawie projektu ustalonego przez inne formy inżynierii lądowej, takie jak inżynieria budowlana. Niektóre z zadań inżynierów budowlanych obejmują: ocenę operacji logistycznych, monitorowanie cen dostaw oraz sporządzanie i przeglądanie umów.
- Inżynieria środowiskowa. Obejmuje ona takie działania, jak przetwarzanie odpadów (cieplnych, biologicznych i chemicznych), oczyszczanie powietrza i wody oraz remediację zanieczyszczonych terenów. Inżynierowie środowiska mają również za zadanie gromadzenie informacji o konsekwencjach środowiskowych działań człowieka.
- Inżynieria kryminalistyczna. Obejmuje badanie komponentów, materiałów, produktów i struktur w celu ustalenia, czy działają one lub funkcjonują zgodnie z przeznaczeniem. Robi się to w celu uniknięcia uszkodzenia mienia lub utraty życia. Ich głównym celem jest zbadanie przyczyny awarii i poprawa.
- Materiałoznawstwo i inżynieria. Obejmuje badanie podstawowych cech materiałów, takich jak beton i mocne metale, takie jak stal i aluminium. Pomaga nam zrozumieć, jakie materiały najlepiej stosować w różnych pracach inżynieryjnych.
- Inżynieria transportu. Polega na tworzeniu środowiska, w którym ludziom i towarom łatwo jest przemieszczać się z jednego miejsca do drugiego. Polega na projektowaniu, budowaniu i utrzymywaniu infrastruktury transportowej, takiej jak systemy kolejowe, autostrady, lotniska, kanały i ulice.
- Inżynieria zasobów wodnych. Obejmuje gromadzenie i zarządzanie wodą. Zajmuje się również transportem i przepływem płynów, głównie wody, zarówno powierzchniowych, jak i podziemnych.
- Geodezja. Geodezja to proces pomiaru pewnych wymiarów na powierzchni ziemi lub w jej pobliżu. Geodeci pomagają wytyczać trasy dla innych infrastruktur, takich jak linie kolejowe, autostrady i ulice.
Funkcje inżynierii lądowej
Funkcje inżynierii lądowej dzielą się na trzy kategorie: funkcje wykonywane przed rozpoczęciem budowy, funkcje wykonywane w trakcie budowy i funkcje wykonywane po zakończeniu budowy.
1. Funkcje inżynierii lądowej wykonywane przed rozpoczęciem budowy obejmują:
- Studia wykonalności. To obszerne studium celu budowy i alternatyw dla projektu. Na przykład studia wykonalności mogą określić, czy zbudować most, czy tunel. Podczas przeprowadzania tego studium należy wziąć pod uwagę zarówno problemy ekonomiczne, jak i inżynieryjne.
- Badania terenowe. Jest to podobne do studiów wykonalności, ale bardziej rozbudowane. Obejmuje badanie mechaniki gruntu w celu zagwarantowania bezpieczeństwa konstrukcji.
- Projektowanie. Jest to zastosowanie teorii projektowania z takich dziedzin jak termodynamika, hydraulika i fizyka jądrowa do projektowania systemów. Obejmuje również badania w zakresie technologii i analizy strukturalnej materiałów w celu opracowania nowych zaawansowanych projektów.
2. Budowa. Po studiach wykonalności inżynierowi powierzono obowiązek budowy. Po studiach przedbudowlanych i projektowaniu inżynier jest zobowiązany do zakupu materiałów i zgromadzenia zespołu do przeprowadzenia budowy.
3. Konserwacja jest funkcją inżynierii lądowej wykonywaną po zakończeniu budowy. Obejmuje ona tymczasowe prace mające na celu utrzymanie konstrukcji w dobrej formie.
Korzyści z inżynierii lądowej
- Promuje transport poprzez budowę dróg, kolei, kanałów i mostów.
- Promuje rozwój energetyki poprzez wspieranie takich działań jak wydobycie węgla i ropy naftowej, wytwarzanie energii wodnej i słonecznej.
- Promuje zdrowie publiczne poprzez poprawę utylizacji odpadów.
- Wspiera różne sektory gospodarki, np. rolnictwo, poprzez rozwój systemów nawadniających.
Najnowsze osiągnięcia w inżynierii lądowej
- Modelowanie informacji o budynku (BIM): BIM usprawnia współpracę i wizualizację projektu, integrując dane w czasie rzeczywistym dotyczące materiałów, harmonogramów i kosztów, co zwiększa wydajność budowy i ogranicza liczbę błędów.
- Materiały zrównoważone: Coraz częściej stosuje się materiały przyjazne dla środowiska, takie jak samonaprawiający się beton, surowce pochodzące z recyklingu i izolacje pochodzenia biologicznego, których celem jest zmniejszenie wpływu na środowisko i poprawa efektywności energetycznej.
- Drukowanie 3D: drukowanie betonu 3D przyspiesza budowę, umożliwiając tworzenie precyzyjnych, złożonych konstrukcji przy minimalnej ilości odpadów i obniżonych kosztach pracy
- Inteligentna infrastruktura: technologia IoT w infrastrukturze (np. inteligentne drogi, samokontrolujące się mosty) tworzy inteligentniejsze, bardziej responsywne miasta, które efektywniej zarządzają zasobami i ulepszają życie w mieście
- Robotyka i automatyzacja: Roboty są coraz częściej wykorzystywane do zadań takich jak murowanie, przenoszenie materiałów i monitorowanie placu budowy, zwiększając produktywność i bezpieczeństwo, a jednocześnie rozwiązując problem niedoborów siły roboczej.
- Budownictwo poza placem budowy: Prefabrykacja i metody budownictwa modułowego stają się coraz bardziej popularne ze względu na szybkość, kontrolę jakości i mniejszy wpływ na środowisko dzięki minimalizacji odpadów na miejscu budowy.
