Ingeniería Civil

Elemento arquitectónico es cada una de las partes funcionales o decorativas de una obra arquitectónica, de modo que cada uno de ellos funcionaría como una palabra del lenguaje arquitectónico del que la arquitectura sería la sintaxis. Como el objeto de la arquitectura es la producción de espacio arquitectónico, habitualmente mediante la cubrición del espacio, los elementos arquitectónicos pueden clasificarse en:
Elementos sustentados: esencialemente el dintel y el arco, que originan (por desplazamiento como generatrices geométricas) las cubiertas planas y las cubiertas abovedadas (bóveda y cúpula -en este caso por rotación-). También todas las formas de viga y tejado. También cada una de sus partes (por ejemplo las dovelas en el arco, el arquitrabe, el friso y la cornisa del dintel clásico, el artesonado de un techo, las decoraciones sustentadas, como mocárabes, etc.
Elementos sustentantes: pilar y columna (según su sección sea poligonal o circular), y todos los tipos de muro (clasificados atendiendo a su regularidad o material: muro ciclópeo, de mampostería, de sillar, de sillarejo, de ladrillo, de adobe, de tapial etc.), de contrafuertes y de cimientos. También sus partes, como la basa, el fuste y el capitel de una columna clásica.
Algunos elementos estructurales son a la vez sustentantes y sustentados, como trompas o pechinas en las cúpulas o arbotantes en determinadas bóvedas o los tirantes de la estructura de un tejado; o cumplen funciones dinámicas, como las escaleras; o se disponen como pavimentos.
Es decisiva arquitectónicamente la ausencia de elementos o vacío, es decir, los vanos: todo tipo de ventanas y puertas.

En ingeniería, la mecánica de suelos es la aplicación de las leyes de la física y las ciencias naturales a los problemas que involucran las cargas impuestas a la capa superficial de la corteza terrestre. Esta ciencia fue fundada por Karl von Terzaghi, a partir de 1925.
Todas las obras de ingeniería civil se apoyan sobre el suelo de una u otra forma, y muchas de ellas, además, utilizan la tierra como elemento de construcción para terraplenes, diques y rellenos en general; por lo que, en consecuencia, su estabilidad y comportamiento funcional y estético estarán determinados, entre otros factores, por el desempeño del material de asiento situado dentro de las profundidades de influencia de los esfuerzos que se generan, o por el del suelo utilizado para conformar los rellenos.
Si se sobrepasan los límites de la capacidad resistente del suelo o si, aún sin llegar a ellos, las deformaciones son considerables, se pueden producir esfuerzos secundarios en los miembros estructurales, quizás no tomados en consideración en el diseño, productores a su vez de deformaciones importantes, fisuras, grietas, alabeo o desplomos que pueden producir, en casos extremos, el colapso de la obra o su inutilización y abandono.
En consecuencia, las condiciones del suelo como elemento de sustentación y construcción y las del cimiento como dispositivo de transición entre aquel y la supraestructura, han de ser siempre observadas, aunque esto se haga en proyectos pequeños fundados sobre suelos normales a la vista de datos estadísticos y experiencias locales, y en proyectos de mediana a gran importancia o en suelos dudosos, infaliblemente, al través de una correcta investigación de mecánica de suelos.

Profundas

Pilotes: son elementos de cimentación esbeltos que se hincan (pilotes de desplazamiento prefabricados) o construyen en una cavidad previamente abierta en el terreno (pilotes de extracción ejecutados in situ). Antiguamente eran de madera, hasta que en los años 1940 comenzó a emplearse el hormigón.

Pantallas: es necesario anclar el muro al terreno.

Pantallas isostáticas: con una línea de anclajes

Pantallas hiperestáticas: dos o más líneas de anclajes.

Semiprofundas

Pozos de cimentación o caissons: Son en realidad soluciones intermedias entre las superficiales y las profundas, por lo que en ocasiones se catalogan como semiprofundas. Algunas veces estos deben hacerse bajo agua, cuando no puede desviarse el río, en ese caso se trabaja en cámaras presurizadas.
Arcos de ladrillo sobre machones de hormigón o mampostería.
Muros de contención bajo rasante: no es necesario anclar el muro al terreno.
Micropilotes, son una variante basada en la misma idea del pilotaje, que frecuentemente constituyen una cimentación semiprofunda.

Superficiales

Ábaco que transmite el esfuerzo a una cimentación superficial de una pila de puente. La cimentación está enterrada y no es visible en la figura.
Son aquellas que apoyan en las capas superficiales o poco profundas del suelo, por tener éste suficiente capacidad portante o por tratarse de construcciones de importancia secundaria y relativamente livianas.
En estructuras importantes, tales como puentes, las cimentaciones, incluso las superficiales, se apoyan a suficiente profundidad como para garantizar que no se producirán deterioros. Las cimentaciones superficiales se clasifican en:

Cimentaciones ciclópeas.

Zapatas.

Zapatas aisladas.

Zapatas corridas.

Zapatas combinadas.

Se denomina cimentación a la parte de la estructura cuya misión es transmitir las cargas de la edificación al suelo. Debido a que la resistencia del suelo es, generalmente, menor que los pilares o muros que soportará, el área de contacto entre el suelo y la cimentación será proporcionalmente más grande que los elementos soportados (excepto en suelos rocosos muy coherentes).

Tipos de cimentación

La elección del tipo de cimentación depende especialmente las características mecánicas del terreno, como su cohesión, su ángulo de rozamiento interno, posición del nivel freático y también de la magnitud de las cargas existentes. A partir de todos esos datos se calcula la capacidad portante, que junto con la homogeneidad del terreno aconsejan usar un tipo u otro diferente de cimentación. Siempre que es posible se emplean cimentaciones superficiales, ya que son el tipo de cimentación menos costoso y más simple de ejecutar. Cuando por problemas con la capacidad portante o la homogeneidad del mismo no es posible usar cimentación superficial se valoran otros tipos de cimentaciones.

La ingeniería estructural es una rama clásica de la ingeniería civil que se ocupa del diseño y cálculo de la parte estructural en las edificaciones y demás obras. Su finalidad es la de conseguir estructuras funcionales que resulten adecuadas desde el punto de vista de la resistencia de materiales. En un sentido práctico, la ingeniería estructural es la aplicación de la mecánica de medios continuos para el diseño de elementos y sistemas estructurales tales como edificios, puentes, muros (incluyendo muros de contención), presas, túneles, etc.

Los ingenieros estructurales se aseguran que sus diseños satisfagan un estándar para alcanzar objetivos establecidos de seguridad (por ejemplo, que la estructura no se derrumbe sin dar ningún aviso previo) o de nivel de servicio (por ejemplo, que la vibración en un edificio no moleste a sus ocupantes). Adicionalmente, son responsables por hacer uso eficiente del dinero y materiales necesarios para obtener estos objetivos. Algunos ejemplos simples de ingeniería estructural lo constituyen las vigas rectas simples, las columnas o pisos de edificios nuevos, incluyendo el cálculo de cargas (o fuerzas) en cada miembro y la capacidad de varios materiales de construcción tales como acero, madera u hormigón. Ejemplos más elaborados de ingeniería estructural lo constituyen estructuras más complejas, tales como puentes o edificios de varios pisos incluyendo rascacielos.

Principios estructurales

Debe entenderse como una carga estructural aquella que debe ser incluida en el cálculo de los elementos mecánicos (fuerzas, momentos, deformaciones, desplazamientos) de la estructura como sistema y/o de los elementos que la componen. Las cargas estructurales son generalmente clasificadas como: cargas muertas que actúan de forma continua y sin cambios significativos, pertenecen a este grupo el peso propio de la estructura, empujes de líquidos (como en un dique) o sólidos (como el suelo en un muro de contención), tensores (como en puentes), presfuerzo, asentamientos permanentes; cargas vivas que son aquellas 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 una prensa), acumulación de nieve o granizo, etcétera; cargas accidentales que tienen su origen en acciones externas al uso de la estructura y cuya manifestación es de corta duración como lo son los eventos sísmicos o ráfagas de viento.

Elementos estructurales

Normalmente el cálculo y diseño de una estrucutura se divide en elementos diferenciados aunque vinculados por los esfuerzos internos que se realizan unos sobre otros. Usualmente a efectos de cálculos las estrucuturas reales suelen ser divisibles en un conjunto de unidades separadas cada una de las cuales constituye un elemento estrucutral y se calcula de acuerdo a hipótesis cinemáticas, ecuaciones de comportamiento y materiales diferenciados.

La ingeniería geotécnica es la rama de la ingeniería civil que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas, hidráulicas e ingenieriles de los materiales provenientes de la Tierra. Los ingenieros geotécnicos investigan el suelo y las rocas por debajo de la superficie para determinar sus propiedades y diseñar las cimentaciones para estructuras tales como edificios, puentes, centrales hidroeléctricas, etcétera.
Por ello, los ingenieros geotécnicos, además de entender cabalmente los principios de la mecánica y de la hidráulica, necesitan un adecuado dominio de los conceptos básicos de la geología. Es de especial importancia conocer las condiciones bajo las cuales determinados materiales fueron creados o depositados, y los posteriores procesos estructurales o diagenéticos (procesos metamórficos, de sustitución, cristalización, etc.) que han sufrido.
Diseños para estructuras construidas por encima de la superficie incluyen cimentaciones superficiales (zapatas), cimentaciones profundas (pilotes y muros de contención). Presas y diques son estructuras que pueden ser construidas de suelo o roca y que para su estabilidad y estanqueidad dependen en gran medida de los materiales sobre los que están asentados o de los cuales se encuentran rodeados. Finalmente los túneles son estructuras construidas a través del suelo o roca y que dependen en gran medida de las características de los materiales a través de los cuales son construidos para definir el sistema de construcción, la duración de la obra y los costos.
Los ingenieros geotécnicos también investigan el riesgo para los seres humanos, las propiedades y el ambiente de fenómenos naturales o propiciados por la actividad humana tales como deslizamientos de terreno, hundimientos de tierra, flujos de lodo y caída de rocas.
Antiguamente, a la geotecnia se la identificaba como la mecánica de suelos; pero el término se amplió para incluir temas como la ingeniería sísmica, la elaboración de materiales geotécnicos, mejoramiento de las características del suelo, interacción suelo-estructura y otros. Sin embargo, la geotecnia es una de las ramas más jóvenes de la ingeniería civil y, por lo tanto, sigue evolucionando activamente.
Se considera a Karl Terzaghi como el padre de la ingeniería geotécnica y la mecánica de suelos.

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.

Los aeropuertos son estaciones para los pasajeros de las aerolíneas y para el transporte de mercancías. Ahí los aviones reciben combustible, mantenimiento y reparaciones.
Los grandes aeropuertos cuentan con pistas de aterrizaje pavimentadas de uno o varios kilómetros de extensión, calles de rodaje, terminales de pasajeros y carga, plataformas de estacionamiento y hangares de mantenimiento.
En un aeropuerto, desde el punto de vista de las operaciones aeroportuarias, se pueden distinguir dos partes: el denominado "lado aire" y el llamado "lado tierra". La distinción entre ambas partes se deriva de las distintas funciones que se realizan en cada una.
En el "lado aire" las operaciones se aplican sobre las aeronaves y todo se mueve alrededor de lo que estas necesitan, en el "lado tierra" los servicios giran alrededor de los pasajeros y sus necesidades.
En el lado tierra los edificios terminales tienen como función la conexión entre los modos de transporte terrestre (vehículos, autobuses, tren, metro) y el modo de transporte aéreo. El volumen de pasajeros y el tipo de tráfico condicionan la configuración de la terminal pero en general todas las terminales tienen las siguientes dependencias: vestíbulos de salidas y llegadas, control de pasaportes, salas de embarque, zonas de ocio, control de aduanas.
El lado aire también llamado área de movimiento está integrado por el área de maniobras (pistas y calles de rodaje) y las plataformas de terminal y las plataformas remotas. Su función es el rodaje de las aeronaves hasta/desde las pistas y el despegue y aterrizaje de las aeronaves.
Un área importante en todo aeropuerto es el denominado centro de control de área o CECOA, en el cual se desempeñan los llamados controladores del tráfico aéreo o ATC (por sus siglas en inglés), encargados de dirigir y controlar todo el movimiento de aeronaves en el aeropuerto y en la zona área bajo su jurisdicción.
La plataforma es el área destinada a dar cabida a las aeronaves mientras se llevan a cabo las operaciones de embarque y desembarque de pasajeros o mercancías así como otras operaciones de atención a la aeronave (repostaje de combustible, pequeño mantenimiento, limpieza...).

Dentro de la cadena del transporte, el puerto es el eslabón que permite el intercambio comercial entre el mar y la tierra.
Se define el puerto como el conjunto de obras, instalaciones y servicios que proporcionan el espacio de aguas tranquilas necesarias para la estancia segura de los buques, mientras se realizan las operaciones de carga, descarga y almacenaje de las mercancías y el tránsito de viajeros.
En general, las funciones de un puerto son: comercial, intercambio modal del transporte marítimo y terrestre, base del barco y fuente de desarrollo regional. Entre las funciones de índole específica tenemos: actividad pesquera, de recreo y de defensa.
Desde el punto de vista funcional, la obras y las instalaciones de un puerto se pueden clasificar por su ubicación.
Así, en la zona marítima, destinada al barco, se disponen las obras de abrigo que protegen la zona de atraques del oleaje exterior, constituidas fundamentalmente por los diques; las obras de acceso que facilitan el acceso del barco al puerto en condiciones de seguridad, garantizando su maniobrabilidad, anchura y calado adecuados. Entre ellas tenemos la señalización (radar, faros, balizas, radiofaros, boyas, etcétera), los diques de encauzamiento, canales dragados, esclusas; las obras de fondeo con la función de mantener el barco amarrado en aguas tranquilas a la espera de su turno de atraque en los muelles; y las dársenas que constituyen la superficie de aguas abrigadas aptas para la permanencia y operación de los barcos (de marea o de flotación, según estén o no sometidas a la acción de las mareas).
En la zona terrestre, destinada fundamentalmente a la mercancía, nos encontramos con la superficie de operación terrestre constituida por los muelles, que además de facilitar el atraque y amarre de los barcos, sirven de soporte al utillaje y de acopio provisional de mercancías; y los depósitos que además de adecuar un espacio a las mercancías, sirven de regulación de los flujos marítimo-terrestres.
En la zona de evacuación, destinada al transporte terrestre, debemos diferenciar las vías de acceso al puerto desde la Red de carreteras general, las de circunvalación o reparto y las de penetración a la zona de operación terrestre, con sus áreas de maniobra y estacionamiento.
Ocasionalmente pueden ubicarse en los puertos una zona de asentamiento de industrias básicas: siderurgias, astilleros, petroquímicas, refinerías, etc. En algunos casos ha sido necesario crear puertos exclusivamente para su servicio.
El conjunto de servicios que presta un puerto se pueden clasificar en función del ámbito al que van destinados.
Entre los servicios al barco tenemos la consigna, el practicaje, el remolque, el avituallamiento y el mantenimiento.
Para los servicios a la mercancía tenemos la consigna, el estibaje, la aduana, la sanidad, la vigilancia y los servicios comerciales.
Los servicios al transporte terrestre son los de representación, reparación y estaciones de servicio.
Para terminar, el apartado de servicios varios, entre los que se encuentran los seguros, los bancarios, los mercantiles, los de comunicación, etc.

Se entiende por obra hidráulica o infraestructura hidráulica a una construcción, en el campo de la ingeniería civil, donde el elemento dominante tiene que ver con el agua.
Generalmente se consideran obras hidráulicas:
Canales, que pueden constar de diversos elementos como por ejemplo:
Bocatomas de derivación;
Compuerta de entrada;
Controles de nivel del agua en el canal;
Dispositivos para la medición del caudal;
Dispositivos de seguridad;
Cruces:
Canal de riego con dren --> puente canal
Canal de riego o de drenaje con caminos rurales --> alcantarilla o puente
Represas, que pueden constar de las siguientes partes:
Vertedero o aliviadero;
Descarga de fondo;
Cuencas de disipación;
Bocatomas para los diversos usos del embalse;
Escalera de peces;
Obras provicionales durante la construcción:
Túnel de derivación;
Ensevaderas.
Estaciones de bombeo, que pueden constar de las siguientes partes:
Canal de aproximación;
Reja para el desbaste y la retención de finos;
Cámara de succión;
Bomba;
Motor, el que puede ser de muy diversos tipos, y consecuentemente exigir infraestructura de apoyo diverentes, como pueden ser: estaciones de transformación de energía eléctrica, o depósitos de combustible.;
Línea de impulsión;
Dispositivo para amortiguar el golpe de ariete;
Esclusas, que pueden constar de las siguientes partes:
Áreas de espera, a la entrada y salida de la esclusa;
Reservas de agua para el llenado de la esclusa;
Canales de llenado y vaciado;
Compuertas;
Dispositivos electro-mecánico para inmobilizar y mover los barcos;
Sistema de abastecimiento de agua potable;
Sistema de recogida de aguas residuales;
Sistemas de riego;
Sistemas de drenaje;
Defensas ribereñas;
Recarga de acuíferos, Pozos de absorción.

Si en la etapa preindustrial el viaje era lento e inseguro era debido a la inexistencia de medios de transporte eficaces. Todo el tránsito por tierra se hacía a lomos de animales: caballos, mulas, camellos; o en los carruajes tirados por esos mismos animales, en las pocas carreteras que había. Pero el transporte de grandes mercancías se hacía por mar, o por vías fluviales; con las cocas en la Edad Media, las carabelas de unas 300 toneladas de carga, o el bajel, de más de 500 toneladas.
El transporte por tierra era de mercancías ligeras y de alto valor añadido, mercancías y personas. Normalmente los circuitos en los que se movían los artículos eran cortos, ya que no solían sobrepasar el ámbito interregional. Era llevado a cabo por arrieros profesionales especializados, que durante muchos siglos se agruparon en torno a gremios privilegiados. El transporte de mercancías pesadas y voluminosas requería más medios. También solía tener circuitos cortos, de ámbito local o regional, que dependían de las ferias y los mercados. Este transporte era responsabilidad de personas vinculadas al pueblo productor, que, de manera temporal y de forma estacional, al finalizar las tareas agrícolas se dedicaban al comercio, por turnos, entre los jóvenes y adultos del pueblo. Pero también habrá transporte de larga distancia, con productos de poco peso y alto valor añadido.
Existían por entonces dos tipos de vías: los caminos de herradura, por los que sólo podían circular: mulas, bueyes, caballos y personas; y las carreteras, por las que podían circular los carros. Las carreteras eran escasas, y sólo unían las principales ciudades. Eran caminos inseguros, por lo que los Reyes Católicos crearon en 1476 la Santa Hermandad. En España, los Borbones crearon una red de seis carreteras principales, que comunicaban Madrid con la costa y la frontera.
Estas vías necesitaban continuas reparaciones, sobre todo tras la generalización en el siglo XVIII de las ruedas de clavos. La responsabilidad de tener en buen estado las carreteras correspondía al municipio. Para ello se creó a lo largo de la red un servicio de peones camineros encargados de mantener la vía en buen estado, pagados por el municipio, por medio de los impuestos de paso. No obstante, con frecuencia, no se reparaba la vía más que con motivo de la visita real. En esta época, los viajes eran largos y lentos; se solía emplear más de una jornada, por lo que había también una red de posadas y ventas a intervalos regulares de jornadas y medias jornadas, que garantizaban el descanso de los viajeros y la reposición del ganado. Estas ventas fueron particularmente importantes en la vía de Andalucía, que atravesaba el despoblado de La Mancha y Sierra Morena.
De otro carácter era el transporte fluvial y marítimo. Los barcos permitían una mayor carga, por lo que eran más rentables, pero necesitaban lugares de puerto donde arribar. En todas las ciudades importantes de la costa, o en los ríos navegables, había puerto; pagado tanto por el municipio como por las cofradías de los mercaderes. Estos puertos tuvieron una infraestructura muy compleja, para garantizar la buena marcha de las transacciones. Actuaron como lugar de mercado.
Durante la revolución industrial el transporte consigue un avance espectacular, fundamentalmente por dos motivos: la creación de una vía segura y adecuada para el transporte, y una máquina potente y regular. Estas características las tuvo el ferrocarril, que fue el gran medio de transporte que impulsará la revolución industrial, no sólo por que pondrá las mercancías en el mercado en grandes cantidades, sino por que él mismo demandó gran cantidad de productos industriales. Será con la máquina de vapor aplicada al transporte como se consigan estos avances. El transporte por ferrocarril permite, al disponer de una vía privativa y rápida, transportar grandes cantidades de mercancía de una manera segura, rápida y regular. A pesar de su lentitud inicial sus 25 km/h de la línea Barcelona–Mataró, en 1848, superan con mucho los 15 km/h que se conseguían en las líneas más rápidas de diligencias regulares, como la de Madrid a Lisboa.
La aplicación de la máquina de vapor a la navegación será un avance cualitativo importante, pero no podrá competir con ventaja contra los veleros hasta bien entrado el siglo XX, cuando se consigan los barcos metálicos de gran tonelaje y se reduzca la carga de carbón. En los primeros barcos de vapor la carga de carbón necesaria para hacer funcionar la máquina ocupaba la mayor parte del espacio útil.
A comienzos del siglo XX se consiguen los primeros derivados del petróleo de manera industrial, y se logra tratar la hevea para obtener caucho. Comienza entonces el asfaltado de las carreteras y se obtiene, con el motor de explosión y la rueda de caucho, un vehículo rápido, tanto como el tren, y seguro, pero mucho más versátil. Al no depender de la vía férrea puede llegar a todas partes, lo que le hace muy superior al ferrocarril. Al no depender de la vía férrea puede llegar a todas partes, lo que le hace muy superior. Pero habrá que esperar al asfaltado de las carreteras para que se note la ventaja.
El coche fue aumentando progresivamente su capacidad de carga, hasta que aparecen los camiones. Sin embargo, las carreteras, que hasta el momento habían estado infrautilizadas por falta de un vehículo adecuado, toman pronto un protagonismo decisivo; hasta el punto de desplazar en pocos años al ferrocarril. El transporte por carretera evita la carga y descarga del tren (dos operaciones menos), y también el almacenamiento en la estación, esto solo hace al transporte por carretera más barato. Además, impulsa la industria siderúrgica de transformación y crea una compleja red de servidores para el automóvil.
Por esta misma época los barcos a vapor desplazan a los veleros, y la aviación comienza a desarrollarse hasta alcanzar un protagonismo decisivo en el transporte de viajeros, mercancías perecederas y productos de poco peso y volumen, pero de alto valor añadido, como las flores o las joyas. Los grandes volúmenes de mercancía a larga distancia y el comercio internacional, siguen estando en manos de la marina mercante.
Hoy en día el sector del transporte es esencial para el funcionamiento de los países, por eso es el Estado quien construye las infraestructuras viarias: carreteras, vías de ferrocarril, puertos y aeropuertos, que todos pueden utilizar más o menos libremente. Para cualquier zona subdesarrollada la construcción de una carretera es una garantía, y una condición, de desarrollo.

Las vías de comunicación forman la estructura básica para unir las distintas tierras de un espacio geográfico. La plena romanización de la península ibérica y su total pertenencia al Imperio fue posible, entre otras cosas, por la red de calzadas romanas que permitían a cualquier habitante moverse a una u otra parte del Imperio con total libertad. La civilización romana consideró como altamente positivo el desarrollo de las vías de comunicación, que tuvieron en Hispania, y en el suelo riojano concretamente, un extraordinario desarrollo, con un perfecto trazado de calzadas. En estos siglos últimos de la Antigüedad, los romanos potencian en Rioja las comunicaciones fluviales y terrestres, ejecutando cuantas obras de ingeniería fueron necesarias.

Caracteristicas:

El diseño estructural se realiza a partir de un adecuado balance entre la funciones propias que un material puede cumplir, a partir de sus características naturales específicas, sus capacidades mecánicas y el menor costo que puede conseguirse. El costo de la estructura siempre debe ser el menor, pero obteniendo el mejor resultado a partir de un análisis estructural previo.
El diseño estructural debe siempre de obtener un rendimiento balanceado entre la parte rígida y plástica de los elementos, ya que en muchas ocasiones, un exceso en alguno de éstos dos aspectos pueden conducir al fallo de la estructura.

Materiales:

Usualmente los materiales utilizados en la parte estructural deben cumplir otro tipo de funciones, tales como aislante térmico, acústico, intemperie, impermeabilidad, división de aposentos y otros propios dentro de una estructura.
Además, dentro de otras funciones que cumplen los elementos dentro del diseño estructural están los aspectos arquitectónicos, los cuales deben ser integrados dentro del diseño estructural, a fin de obtener el mejor rendimiento de la estructura total.
El diseño de una estructura parte de una tipología base para a continuación realizar el cálculo adecuado de resistencias en cada una de sus partes conocidos los materiales y las cargas actuantes.
Para un diseño adecuado se deben tener en cuenta las combinaciones de cargas y en general cualquier situación a la cual se pueda ver sometida la estructura diseñada.
Las tipologías de estructuras se pueden dividir atendiendo a diferentes aspectos:
1.- Espaciales o planas
2.- Materiales: acero, hormigón, madera, mixtas...
3.- Isostáticas, hiperestáticas, hipostáticas.
4.- Uso industrial o residencial: arquitectónico, monumental, artístico...
Para su desarrollo se debe atender la normativa legal en cada país que establece unos mínimos de modo que se puedan establecer responsabilidades penales en caso de accidente (por derrumbe o rotura).

Topografia:

La topografía es la ciencia que estudia el conjunto de principios y procedimientos que tienen por objeto la representación gráfica de la superficie de la Tierra, con sus formas y detalles, tanto naturales como artificiales.
De topos, que significa "lugar", y grafos que significa "descripción". Esta representación tiene lugar sobre superficies planas, limitándose a pequeñas extensiones de terreno, utilizando la denominación de geodesia para áreas mayores. De manera muy simple, puede decirse que para un topógrafo la Tierra es plana, mientras que para un geodesta no lo es.

Para eso se utiliza un sistema de coordenadas tridimensional, siendo la X y la Y competencia de la planimetría, y la Z de la altimetría.
Los mapas topográficos utilizan el sistema de representación de planos acotados, mostrando la elevación del terreno utilizando líneas que conectan los puntos con la misma cota respecto de un plano de referencia, denominadas curvas de nivel, en cuyo caso se dice que el mapa es hipsográfico. Dicho plano de referencia puede ser o no el nivel del mar, pero en caso de serlo se hablará de altitudes en lugar de cotas.

La tarea del topógrafo es previa al inicio de un proyecto: un arquitecto ó ingeniero proyectista debe contar con un buen levantamiento plani-altimétrico ó tridimensional previo del terreno y de "hechos existentes" (elementos inmóviles y fijos al suelo) ya sea que la obra se construya en el ámbito rural ó urbano. Realizado el proyecto con base en este relevamiento, el topógrafo se encarga del "replanteo" del mismo: ubica los límites de la obra, los ejes desde los cuales se miden los elementos (columnas, tabiques...); establece los niveles o la altura de referencia. Luego la obra avanza y en cualquier momento, el ingeniero jefe de obra puede solicitar un "estado de obra" (un relevamiento in situ para verificar si se está construyendo dentro de la precisión establecida por los pliegos de condiciones) al topógrafo. La precisión de una obra varía: no es lo mismo una central nuclear que la ubicación del eje de un canal de riego.

Como mencionamos en el la historia de la ingeniería los primeros ingenieros construyeron herramientas para subsistir, después de eso pasaron a construir muros para proteger las ciudades y construyeron los primeros edificios para lo cual utilizaron algunas habilidades de ingeniería.

Después surgieron los primeros especialistas en irrigación, estos se encargaron de facilitar el riego de las cosechas, de ahí se destaca la importancia de la comunicación por medio de ríos, lagos, mares, etc.; Así las poblaciones ubicadas a lo largo de estas rutas fueron grandes comerciantes, y llegaba mas rápido el conocimiento de innovaciones realizadas en otros lugares, logrando así un progreso mas rápido.

La ingeniería egipcia:
Los egipcios han realizado algunas de las obras más grandiosas de la ingeniería de todos los tiempos, como el muro de la ciudad de Menfis. Esta antigua capital estaba aproximadamente a 19 Km. al norte de donde está El Cairo en la actualidad. Tiempo después de construir el muro, Kanofer, arquitecto real de Menfis, tuvo un hijo a quien llamó Imhotep, a quien los historiadores consideran como el primer ingeniero conocido. Fue su fama más como arquitecto que como ingeniero, aunque en sus realizaciones entran elementos de la ingeniería.

1° La creencia religiosa contemporánea de que para poder disfrutar de la eternidad era necesario conservar intacto el cadáver de un individuo.

2° El suministro casi ilimitado de mano de obra de esclavos.

3° La actitud paciente de quienes controlaban los recursos de entonces.

El reinado del Rey Joser fue propicio para el invento de Imhotep: la pirámide. Las habilidades técnicas requeridas para el diseño, organización y control de un proyecto de esta magnitud lo distinguen como una de las proezas más grandes y antiguas de todos los tiempos.De todas las pirámides, la del faraón Keops fue la mayor. La Gran Pirámide, como se le conoce ahora, tenía 230.4 m por lado en la base cuadrada y originalmente medía 146.3 m de altura. Contenía unos 2 300 000 bloques de piedra, de cerca de 1.1 toneladas en promedio.. Teniendo en cuenta el conocimiento limitado de la geometría y la falta de instrumentos de ese tiempo, fue una proeza notable.

La ingeniería mesopotámica:
Otra gran cultura que floreció junto al agua se desarrolló en el norte de Irán, entre el río Tigris y el Eufrates.
Los griegos llamaron a esta tierra Mesopotamia “la tierra entre los ríos”. Aunque los egipcios destacaron en el arte de construir con piedra, gran parte de la ciencia, ingeniería, religión y comercio actuales provienen tanto de Irán como de Egipto.

Los historiadores indican que en Mesopotámia se inició la tradición de que un político inaugure la construcción de un edificio público con una palada de tierra.

La ingeniería griega:
Sus sistemas de distribución de agua e irrigación siguieron el patrón de los egipcios, pero mejoraron materiales y labor.

Los ingenieros de este periodo se conocían mejor por el uso y desarrollo de ideas ajenas que por su creatividad e inventiva.

Aproximadamente en 440 a. de J.C., Pendes contrató arquitectos para que construyeran templos en la Acrópolis, monte rocoso que miraba a la ciudad de Atenas. Un sendero por la ladera occidental llevaba a través de un inmenso portal conocido como Los Propóleos, hasta la cima. Las vigas de mármol del cielo raso de esta estructura estaban reforzadas con hierro forjado, lo que constituye el primer uso conocido del metal como componente en el diseño de un edificio.Las escalinatas de acceso al Partenón, otro de los edificios clásicos de la antigua Grecia, no son horizontales. Los escalones se curvan hacia arriba, al centro, para dar la ilusión óptica de ser horizontales. En la construcción actual de puentes se toma en cuenta generalmente el hecho de que los que se curvan hacia arriba dan impresión de seguridad, en tanto que los horizontales parecen pandearse por el centro.

Ingenieria romana:
Los ingenieros romanos tenían más en común con sus colegas de las antiguas sociedades de las cuencas hidrográficas de Egipto y Mesopotámia, que con los ingenieros griegos, sus predecesores. Los romanos utilizaron principios simples, el trabajo de los esclavos y tiempo para producir extensas mejoras prácticas para el beneficio del Imperio Romano.
Los romanos aplicaron mucho de lo que les había precedido, y quizá se les puede juzgar como los mejores ingenieros de la antigüedad. Lo que les faltaba en originalidad lo compensaron en la vasta aplicación en todo un imperio en expansión.

En su mayor parte, la ingeniería romana era civil, especialmente en el diseño y construcción de obras permanentes tales como acueductos, carreteras, puentes y edificios públicos. Uno de los grandes triunfos de la construcción pública durante este periodo fue el Coliseo, que fue el mayor lugar de reunión pública hasta la construcción del Yale Bowl en 1914.

Los ingenieros romanos aportaron mejoras significativas en la construcción de carreteras, principalmente por dos razones: una, que se creía que la comunicación era esencial para conservar un imperio en expansión, y la otra, porque se creía que una carretera bien construida duraría mucho tiempo con un mínimo de mantenimiento. Se sabe que las carreteras romanas duraban hasta cien años antes de que necesitaran reparaciones mayores. Es apenas hasta fechas recientes que la construcción de carreteras ha vuelto a la base de “alto costo inicial - poco mantenimiento”.
Quizá el triunfo más conocido en la construcción de carreteras de la antigüedad es la Vía Apia, que se inicio en 312 a. de J.C., y fue la primera carretera importante recubierta de Europa. Al principio, la carretera medía 260 km e iba desde Roma hasta Capua, pero en 244 a. de J.C., se ex-tendió hasta Brindisi, siendo entonces una obra tan prestigiada, que ambos lados del camino a la salida de Capua estaban flaqueados por los monumentos funerarios de los aristócratas.

Los acueductos romanos se construyeron siguiendo esencialmente el mismo diseño, que usaba arcos semicirculares de piedra montados sobre una hilera de pilares. Cuando un acueducto cruzaba una cañada, con frecuencia requería niveles múltiples de arcos. Uno de los mejor conservados de la actualidad es el Pont du Gard en Nimes, Francia, que tiene tres niveles. El nivel inferior también tenía una carretera.

La ingeniera oriental:
Una de las más grandes realizaciones de todos los tiempos fue la Gran Muralla de China. La distancia de un extremo a otro del muro es de aproximadamente 2 240 Km.; sin embargo, hay más de 4 080 Km. de muro en total. Casi toda la muralla tiene aproximadamente 10 m de altura, 8 m de espesor en la base, y se reduce hasta aproximadamente 5 m en la parte superior. A lo largo de esta parte corre un camino pavimentado.

China ha tenido canales desde hace miles de años. La mayoría de ellos tiene el tamaño adecuado para la irrigación, pero no para la navegación, además de que en ese tiempo no se conocían las esclusas. Sí utilizaban compuertas, pero tenían valor limitado. Después de 3000 años, la longitud del sistema de irrigación chino es de más de 320 000 km. El canal más largo, el Yunho o Gran Canal, tiene 1 920 Km. y corre desde Tientsin hasta Hangchow; su construcción requirió de mil años. Este es uno de esos ejemplos de determinación y paciencia orientales sin límite de tiempo.

Los chinos fueron de los primeros constructores de puentes, con características únicas. Algunos de sus puentes más antiguos fueron de suspensión, con cables hechos de fibra de bambú.

Se Podría decir que la ingeniería civil comenzó cuando los humanos empezaron a ingeniarse artículos para su vida cotidiana. Los primeros hombres en utilizar algunos de los principios de la ingeniería fueron los de la edad de piedra para conseguir sus alimentos, pieles y armas de defensa como hachas, puntas de lanza, martillos etc.Pero el desarrollo de esta comenzó cuando los hombres dejaron de ser nómadas para convertirse en sedentarios y así cultivar sus productos y criar animales.

Su campo de aplicación es muy amplio. A continuación se contempla una relación de actividades proyectadas, dirigidas y ejecutadas por ingenieros civiles que no contempla la totalidad de las mismas debido a su elevada cantidad.
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.
Entre otras.

La ingeniería civil, es la rama de la ingeniería que aplica los conocimientos de matemáticas, física, química, geología, geotecnia, etc. a la elaboración de infraestructuras, principalmente edificios, obras hidráulicas, marítimas, de transporte etc., en general de gran tamaño y para uso público.Tiene también un fuerte componente organizativo que logra su aplicación en la administración del ambiente urbano principalmente, y frecuentemente rural; no solo 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 la ingeniería civil. Esto comprende planes de organización territorial tales como prevención de desastres, control de trafico 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.