La historia de la ingeniería civil

¿Qué es la ingeniería civil?

La ingeniería civil es una rama de la ingeniería que se encarga del diseño, construcción y mantenimiento de infraestructuras y obras civiles, como edificios, puentes, carreteras, puertos, aeropuertos, presas, canales, entre otros.

¿Cuál es el origen de la ingeniería civil?

La historia de la ingeniería civil se remonta a la antigua Roma y Grecia, donde se construyeron algunas de las obras más impresionantes de la época.

En la antigua Roma, los ingenieros civiles eran conocidos como "constructor" y eran responsables de la planificación y construcción de acueductos, puentes y carreteras. El más famoso de ellos fue Marco Vitruvio Polión, quien escribió el tratado "De Architectura", que se considera uno de los primeros libros sobre ingeniería civil.

Durante la Edad Media, la ingeniería civil se centró en la construcción de castillos, fortificaciones y catedrales. En el Renacimiento, se produjo un renacimiento en la ingeniería civil, y se construyeron algunas de las obras más impresionantes de la época, como el Duomo de Florencia y el Palacio de Versalles.

Durante la Revolución Industrial, la ingeniería civil experimentó un gran avance, ya que las nuevas tecnologías permitieron la construcción de edificios más altos, puentes más largos y carreteras más rápidas. La construcción de ferrocarriles y canales también fue un importante logro de la ingeniería civil en este periodo.

En el siglo XX, la ingeniería civil se ha convertido en una disciplina altamente especializada, con diferentes ramas que se centran en áreas específicas, como la ingeniería estructural, hidráulica, geotécnica, de transporte y de construcción. Las nuevas tecnologías, como la informática y la robótica, han permitido la construcción de obras más complejas y avanzadas.

La ingeniería civil ha evolucionado a lo largo del tiempo para satisfacer las necesidades de las sociedades y ha hecho posible la construcción de infraestructuras y edificios de gran escala que han mejorado la calidad de vida de las personas. A continuación, se detallan algunos de los hitos más importantes en la historia de la ingeniería civil:

Acueductos romanos

Los acueductos romanos son una de las obras más impresionantes de la ingeniería civil de la antigüedad. Fueron construidos para llevar agua a las ciudades y se caracterizan por su arco alto y su uso inteligente de la gravedad.

Puentes colgantes

El primer puente colgante moderno fue construido en Inglaterra en 1826. Este tipo de puente utiliza cables de acero para soportar la carga y se caracteriza por su elegante diseño y su capacidad para atravesar ríos y gargantas profundas.

Torre Eiffel

La Torre Eiffel en París, construida en 1889, es un icono de la ingeniería civil moderna. Se caracteriza por su estructura de hierro forjado y su altura de 324 metros. En su momento, fue la estructura más alta del mundo y sigue siendo una de las atracciones turísticas más populares de Francia.

Presas

Las presas son estructuras que se construyen para almacenar agua y generar energía hidroeléctrica. La presa Hoover, cuya construcción data de la década de 1930 en Estados Unidos, es una de las más famosas y se caracteriza por su impresionante tamaño y su capacidad para generar energía limpia y renovable.

Construcciones de rascacielos

La construcción de rascacielos se ha convertido en un desafío para los ingenieros civiles modernos.

De las consideraciones sobre suelos de fundación se desprende la conveniencia de proteger la sección estructural de los pavimentos asfálticos, de los efectos del agua exterior que pudiera penetrar en ella. Por su elevado costo es imposible eliminar completamente la presencia indeseable de los finos arcillosos, por este motivo resulta más conveniente efectuar adicionalmente obras de protección contra el agua exterior, para garantizar que la práctica de eliminación de finos funcione adecuadamente en lo general, y añadir obras especiales de protección en aquellos lugares en los cuales las condiciones del flujo interno de agua hagan que el criterio general establecido resulte insuficiente.

Situaciones de este tipo suelen presentarse en laderas inclinadas donde se ejecutan cortes, especialmente en cajón; en estos casos convendrá analizar la posibilidad de incorporar la construcción de subdrenes, para proteger adecuadamente a la sección estructural.

Pavimentos y suelos de fundación (Parte V)

Por razones económicas, no es posible eliminar completamente la presencia de suelos finos de la sección estructural de una carretera, pero debe tenerse muy en cuenta que las investigaciones de la Mecánica de Suelos indican que contenidos relativamente muy pequeños de arcilla, formando parte de una matriz de suelo grueso, bastan para dar a esa matriz un comportamiento indeseable, haciéndola compresible y expansiva. El límite en el contenido de finos depende de la actividad de la arcilla.

Los análisis exigidos para determinar la actividad de los suelos arcillosos hace prácticamente imposible el investigar la naturaleza de los finos dentro del proceso industrial de construcción de una carretera, por lo cual el contenido de finos suele controlarse limitando el porcentaje de partículas que pasan el tamiz No. 200.

La investigación desarrollada dentro de la tecnología de la Mecánica de Suelos hace ver las grandes diferencias que produce la inclusión de finos arcillosos en una matriz de gravas utilizadas en bases y sub-bases de pavimentos asfálticos, según sea la actividad y la naturaleza de las arcillas incorporadas, pero, a la vez, muestra también que contenidos de finos por debajo del 10% del total, no tienen una influencia determinante en la resistencia y en la deformabilidad del conjunto, que mantendrá un comportamiento que básicamente puede considerarse como el de un suelo grueso. Contenidos superiores a ese valor le dan al suelo un comportamiento notablemente indeseable, de manera que contenidos de materiales arcillosos en el orden del 12%, ya inducen a un comportamiento que corresponde al de un suelo fino.

Por tanto, el contenido de materiales finos que pasan el tamiz No. 200, en cualquier matriz de suelo grueso que se utilice en las capas superiores de una carretera (bases y sub-bases), no debe exceder de un 10%. Este valor debe reducirse a la mitad en las carpetas asfálticas. Además debe tenerse en cuenta que no menos de un 4% ó 5% de partículas finas van a ser aportadas por la propia fracción gruesa, como resultado de los procesos usuales de trituración, por este hecho se debe reducir, en la misma proporción, el contenido de materiales puramente arcillosos.

En las subrasantes de carreteras puede haber una mayor tolerancia, aceptándose contenidos de finos que pasan el tamiz No. 200 hasta un porcentaje del 15%, en las carreteras más ocupadas, y hasta un 25% en aquellas de menor ocupación.

El contenido de materiales finos y sus efectos en las secciones estructurales de las carreteras, también deben controlarse con la medición del índice de plasticidad de la fracción que pasa la malla No. 40. El valor del límite líquido no debe ser mayor a 25% y 30% en bases y sub-bases, y no mayor a 50% en subrasantes.

El empleo prudente de los materiales térreos con límites adecuados en el contenido de materiales finos arcillosos, permite el empleo de estándares de compactación adecuados, para dar a las capas de la sección estructural de una carretera la consistencia necesaria, de manera que se garantice la permanencia de sus propiedades durante su vida de servicio.

Pavimentos y suelos de fundación (Parte IV)

Naturalmente, un cierto grado de compactación inicial es necesario, pero siempre ocurrirá que cuanto mayor sea ese proceso inicial, mayor será el potencial de succión comunicado y, por ende, también será mayor el potencial de expansión adquirido con absorción de agua; el cual al desarrollarse producirá un suelo maleable de fácil deformación por la compresión de cualquier nueva carga. Esta deformación producirá un “efecto de acordeón”, cuyas consecuencias serán altamente perjudiciales para la carretera.

Estas consideraciones hacen ver la importancia del proceso de compactación de suelos finos. Si no se alcanzan en principio condiciones adecuadas, la carretera será inestable, pero si la compactación es mayor a un determinado límite, la carretera también llegará a ser inestable con el transcurso del tiempo, si es que los materiales están en contacto con el agua libre exterior.

Las consideraciones anteriores conducen a la conclusión de que los suelos arcillosos son indeseables en el cuerpo general de las carreteras y, desde luego, en cualquier capa de la sección estructural de su pavimento. Sin embargo, razones constructivas y económicas obligan a una cierta presencia de suelos finos, la cual debe ser mínima y cuidadosamente tratada.

En efecto, el material que se desea para construir carreteras está constituido por suelos gruesos, pero resultaría antieconómico e innecesario eliminar por completo a los finos, con el avance actual de las técnicas constructivas, habrá que coexistir con un cierto volumen de éstos, teniendo presente, que cuanto más abajo se ubiquen los suelos finos, el impacto proveniente de las cargas del tráfico será menor, de manera que su presencia será menos nociva. Por ello, la tecnología tradicional exige el uso de suelos gruesos casi puros en las capas bases y sub-bases del pavimento, y va aceptando contenidos crecientes de suelos finos en subrasantes y terracerías.

Pavimentos y suelos de fundación (Parte III)

En los suelos finos parcialmente saturados, la presión externa produce deformaciones que disminuyen los vacíos, comunican presión al agua interior, que se desplazará hacia el exterior, ocasionando deformaciones volumétricas grandes. Las estructuras precomprimidas, al cesar la presión externa y absorber agua, tienden a disipar los estados de tensión superficial actuantes entre el agua que ocupaba parcialmente los vacíos y las partículas cristalinas del suelo, liberando energía que permite que la estructura sólida precomprimida se expanda, de manera que los suelos arcillosos son muy proclives a la compresión bajo cargas y a la expansión, cuando al cesar la acción de cualquier carga exterior, se produce la liberación de sus esfuerzos y comienza a actuar la succión interior del agua externa.

En cualquier caso la estabilidad volumétrica de los suelos finos está amenazada y pueden ocurrir en ellos deformaciones volumétricas muy importantes: De compresión, a expensas de su gran volumen de vacíos y de la salida del agua interior por efecto de las cargas exteriores, o de expansión, a causa de la succión interna que produce la expansión de la estructura sólida, que absorbe agua del exterior.

La magnitud de estos fenómenos (compresión de la estructura bajo carga externa o expansión de una estructura precomprimida por liberación de presión externa y absorción de agua), depende de la naturaleza del suelo arcilloso. Hay arcillas como la bentonita o la montmorillonita, mucho más activas en estos procesos que otras, como por ejemplo, la caolinita. Este cambio en la naturaleza físico-química y mineralógica influye en el comportamiento de interrelación de las partículas y los grumos, que se traduce en diferencias muy importantes en la relación de vacíos o vaporosidad de su estructura interna. Algunas arcillas pueden tener una relación de vacíos de 2, 3 ó 4 (volumen de vacíos 2, 3 ó 4 veces más grande que el volumen de los sólidos), lo cual representa una capacidad de deformación volumétrica mucho mayor. Por razones constructivas, las arcillas se incorporan en los suelos que se utilizan en las carreteras, tras procesos de compactación, lo que hace que estén precomprimidas, por lo que serán proclives a procesos de succión de agua externa y/o expansión, en un grado mayor cuanto más intensa haya sido la compactación con que se colocaron.