Inżynieria lądowa

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Petronas Twin Towers, budynek zaprojektowane przez zespół Thornton-Tomasetti oraz Ranhill Bersekutu a także Césara Pelliego, był najwyższą budowlą na świecie od 1998 do 2004 roku.

Inżynieria lądowa jest nauką kształtującą naturalną przestrzeń pod potrzeby egzystencji człowieka. Łączy w sobie umiejętności takie jak projektowanie, wznoszenie oraz utrzymanie wszelkich obiektów budowlanych, a w szczególności takich jak mosty, drogi, kanały, zapory oraz budynki. Jedną z najstarszych odmian inżynierii lądowej jest inżynieria wojskowa[1].

Wiedza, która zawiera się w pojęciu inżynierii lądowej tradycyjnie jest powiązana z wieloma specjalnościami inżynierskimi takimi jak inżynieria środowiska, geotechnika, mechanika konstrukcji, inżynieria transportowa, hydrologia, inżynieria materiałowa, budownictwo wodne, geodezja, oraz inżynieria produkcji budowlanej i zarządzania. Inżynieria lądowa znajduje zastosowanie na wszystkich poziomach życia: w sektorze publicznym od najmniejszych gmin aż do zakresu ogólnokrajowego, a w sektorze prywatnym od pojedynczych właścicieli mieszkań do międzynarodowych firm budowlanych.

Historia powstania inżynierii lądowej[edytuj | edytuj kod]

Inżynieria jest powiązana z życiem człowieka od początku jego dziejów. Początków Inżynierii Lądowej można doszukać się już w czasach pomiędzy 4000 a 2000 p.n.e. w Starożytnym Egipcie oraz Mezopotamii kiedy ludzkość porzuciła, poprzedni, koczowniczy tryb życia na rzecz osiedlania się w jednym miejscu. To spowodowało konieczność budowy trwałych schronień, mogących przetrwać w jednym miejscu w stanie nienaruszonym kilka sezonów. Z tego samego powodu rozwinął się także transport, co doprowadziło do wynalezienia koła, oraz żegluga. Wybudowanie Piramid w Egipcie (około 2700-2500 p.n.e.) może być uznane jako historycznie pierwszy przypadek zastosowania bardziej skomplikowanej wiedzy inżynierskiej. Innymi skomplikowanymi konstrukcjami inżynierskimi sprzed naszej ery są na przykład:Partenon autorstwa Iktinosa w Starożytnej Grecji (447-438 p.n.e.), wybudowanie drogi Via Appia przez rzymskich inżynierów (około 312 p.n.e.), czy także konstrukcja Wielkiego Muru Chińskiego przypisywana generałowi Meng Tian pod rozkazami ówczesnego cesarza Chin Qin Shi Huang (około 220 BC)[2]. Z całą pewnością jednak to Rzymianie przyczynili się najbardziej do rozwóju Inżynierii Lądowej, gdyż przez cały czas trwania ich imperium nie ustawali w budowie nowych konstrukcji, takich jak: akwedukty, insule, porty morskie, mosty, zapory czy drogi.

Aż do dzisiejszych czasów nie było jasnego rozróżnienia pomiędzy Inżynierią Lądową a Architekturą, także określenie inżynier czy architekt było w wielu krajach jednoznaczne[3]. W XVIII wieku pojęcie inżynier budownictwa (ang. civil engineer) zaczęto używać w stosunku do osób zajmujących się konstrukcją i budową portów, nabrzeży, czy latarni morskich, dla odróżnienia od inżynierów wojskowych[4].

Śruba Archimedesa była używana do osuszania i nawadniania.

Pierwszym samozwańczym inżynierem był John Smeaton który wybudował latarnię morską Eddystone[2][1]. W roku 1771 Smeaton oraz kilku jego kolegów założyło "Smeatonian Society of Civil Engineers", grupę skupiającą specjalistów inżynierów spotykających się nieformalnie podczas obiadów. Jednak w owej grupie, na co są dowody, dochodziło także do wymiany myśli technicznej, a więc nie było to tylko stowarzyszenie czysto towarzyskie.

W 1818 roku założono, działające do dzisiaj, pierwsze stowarzyszenie inżynierów w Londynie (ICE). Jego pierwszym prezesem został wybitny inżynier Thomas Telford, a od roku 1828, stowarzyszenie rozpoczęło formalne przyznawanie potwierdzenia umiejętności inżynierskich (chartership). Według instytutu, inżynier budownictwa to osoba która posiadła:[5]

Quote-alpha.png
"...sztukę kierowania wielkich mocy pochodzących ze źródeł naturalnych, dla użytku i użyteczności człowieka, dla celów produkcji i wymiany handlowej w kraju, zarówno w obrocie zewnętrznym jak i wewnętrznym, co się ujawnia w budowie dróg, mostów, akweduktów, kanałów, nawigacji rzecznej oraz śluz napędzanych sztucznymi siłami dla celów handlowych, oraz w konstrukcji i zastosowaniu wszelkich mechanizmów, a także w odwodnieniu miast i miasteczek."

Po raz pierwszy tytuł naukowy w Inżynierii Lądowej w Stanach Zjednoczonych został przyznany przez Rensselaer Polytechnic Institute w roku 1835.[6] Po raz pierwszy takie samo wyróżnienie spotkało kobietę w roku 1905 i zostało ono przyznane Norze Stanton Blatch przez Cornell University.

Pont du Gard, Francja, Rzymski akwedukt wybudowany około 19 r. p.n.e.

Sama nauka zwana Inżynierią Lądową jest pochodną podstawowych zasad fizyki i matematyki a jej poznawanie i rozwój ściśle wiązało się z rozwojem wiedzy matematycznej i fizycznej wśród poszczególnych cywilizacji. Ponieważ wiedza inżynierska obejmuje swoim zakresem ogromny obszar, jej rozwój jest wprost powiązany także z poznawaniem jej poszczególnych części, takich jak mechanika konstrukcji, hydrologia, inżynieria materiałowa, czy geodezja.

W czasach starożytności i średniowiecza praca architekta oraz konstruktora wykonywana była przez rzemieślników, takich jak murarze i stolarze, którzy urastali do rangi "mistrzów budowlanych". Wiedza nabyta doświadczeniem była podtrzymywana i przekazywana w gildiach albo cechach, które były stowarzyszeniami zamkniętymi i niechętnymi na nowości. Konstrukcje, drogi oraz inne obiekty budowlane były raczej kopiowane niż tworzono coś nowoczesnego[7].

Jednym z najwcześniejszych przykładów naukowego podejścia do problemów matematyczno-fizycznych które znalazły zastosowanie w Inżynierii Lądowej, było rozwiązanie zastosowane przez Archimedesa w trzecim w. p.n.e., który w urządzeniu zwanym Śruba Archimedesa dowiódł praktycznego zastosowania twierdzenia którego sam był autorem.

Inżynier budownictwa[edytuj | edytuj kod]

Edukacja i uprawnienia[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Inżynier budownictwa.
Siedziba ICE w Londynie

Osoba wykonująca zawód inżyniera posiada tytuł zawodowy magistra inżyniera budownictwa lub inżyniera budownictwa, w zależności od długości studiów. Pierwszy stopień, czyli tytuł inżyniera budownictwa (odpowiada licencjatowi) zwykle uzyskuje się na polskich uczelniach po czterech latach studiów. W ramach programu nauki dla inżynierów zawarte są zwykle przedmioty związane fizyką, matematyką, zarządzania projektami, projektowaniem oraz specyficznymi dla inżynierii lądowej technologiami. W trakcie studiów, studenci wybierają sobie specjalizacje inżynierskie które wiążą się z odpowiednim doborem przedmiotów w dalszych latach edukacji[8].

Następnym krokiem mogą być studia uzupełniające, które prowadzą do zdobycia tytułu magistra inżyniera. Uzyskanie tego tytułu daje możliwość, po odbyciu obowiązkowej praktyki, zdobycia uprawnień budowlanych. Dyplomowani inżynierowie, podążają zwykle w wybranej wcześniej specjalność, pogłębiając swoją wiedzę, aczkolwiek nie jest to obowiązek i można zmienić specjalizację. Studia magisterskie uzupełniające trwają na ogół dwa lata. W przeszłości, na polskich uczelniach, możliwe były studia jednolite magisterskie pięcioletnie.

W większości państw europejskich, tytuł inżyniera jest zaledwie pierwszym krokiem w kierunku możliwości pełnienia samodzielnych funkcji technicznych w budownictwie. Następny to zdobycie tytułu magistra, odbycie minimum trzy letniej praktyki zawodowej a ostatecznie pozytywne zaliczenie egzaminu przed komisją powołaną przez samorząd zawodowy. Jest to proces powszechny dla wielu zawodów. Po zakończeniu tego procesu inżynier zostaje przyjęty w szeregi członków Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa, co jest równoznaczne z pojęciem uzyskanie uprawnień. Według obowiązującego prawa unijnego, posiadanie uprawnień w jednym z krajów członkowskich jest równoznaczne z posiadaniem ich w pozostałych krajach Unii Europejskiej.

Wyznaczenie ścisłych i trudnych do spełnienia kryteriów uzyskania uprawnień budowlanych, pozwala zachować wysoki poziom standardu pracy inżynierskiej. Pomimo to, inżynierowie nie są zwolnieni z odpowiedzialność przed prawem powszechnym. W przypadku popełnienia poważnego błędu konstrukcyjnego w wyniku którego doszło do katastrofy budowlanej Inżynier może stracić zarówno uprawnienia do wykonywania zawodu, a także w drastycznych przypadkach wolność[9]. Prowadzenie wszelkich prac projektowych oraz wykonawczych według zasad oraz norm budowlanych nie powinno spowodować żadnego zagrożenia.

Kariera[edytuj | edytuj kod]

Brak jest jednej, typowej, ścieżki zawodowej dla inżynierów budownictwa. Większość z nich rozpoczyna swoją karierę przy pracach o niskiej odpowiedzialności, a kiedy udowodnią swoje kompetencje, otrzymują bardziej odpowiedzialne zadania, ale raczej w zakresie ich własnej specjalizacji. W niektórych dziedzinach, początkujący inżynierowie pracują jako osoby nadzorujące prawidłowe wykonanie projektu, zanim sami zaczną tworzyć własne projekty. Wraz ze wzrostem doświadczenia stopniowo jest zwiększany poziom odpowiedzialności.

Dziedziny zależne[edytuj | edytuj kod]

Inżynieria lądowa jest nauką zajmującą się wieloma aspektami powstania obiektu budowlanego. Inżynierowie budownictwa pracują na wszystkich możliwych etapach powstawania konstrukcji. Generalnie, podział inżynierów odbywa się na linii projektowanie - wykonawstwo, ale granica taka jest płynna i projektant zwykle wizytuje miejsce w którym powstaje jego konstrukcja, a inżynierowie wykonujący obiekty budowlane nierzadko sami tworzą odpowiednie projekty.

Końcowy sukces jest możliwy tylko wraz ze ścisłą współpracą pomiędzy poszczególnymi specjalnościami wiedzy inżynierskiej. Dlatego też, inżynierowie budownictwa współpracują z: geodetami czy z wyspecjalizowanymi inżynierami mającymi praktyczną wiedzę z pokrewnych tematów.

Plac budowy

Inżynieria produkcji budowlanej[edytuj | edytuj kod]

Inżynieria produkcji budowlanej (wykonawcza) koncentruje się na dokładnym zaplanowaniu placu budowy i wszelkich koniecznych uzgodnień z tym związanych oraz na wybudowaniu zaprojektowanej konstrukcji wraz z otaczającą ją infrastrukturą. Inżynierowie zajmujacy się tą dziedziną budownictwa, pełnią nierzadko role biznesowe, podpisując kontrakty z podwykonawcami, nadzorując operacje logistyczne czy monitorując ceny materiałów budowlanych. Wielu z nich posiada wiedzę związaną z zarządzaniem projektami stając się często kierownikami projektu.

Inżynieria trzęsień ziemi[edytuj | edytuj kod]

ujęcie z filmu [1] pokazującego badanie dwóch konstrukcji na stole wibracyjnym. Model konstrukcji z prawej jest wyposażony w system izolowania podstawy a z lewej to konstrukcja klasyczna pozbawiona zabezpieczeń.

Inżynieria trzęsień ziemi jest rozległa wiedzą inżynierską skupiającą się na ochronie budowli przed niszczącymi skutkami trzęsień ziemi.

Odporna na trzęsienia ziemi Piramida Kukulkana w Chichén Itzá

Podstawowe założenia uwzględniane dla zapobieżenia skutkom trzęsień ziemi to:

  • Zrozumienie współdziałania sił przenoszonych wzajemnie pomiędzy obiektem budowlanym a podłożem w miejscu posadowienia.
  • Przewidywanie potencjalnych skutków trzęsień ziemi w obszarach zurbanizowanych
  • Zaprojektowanie, wybudowanie oraz utrzymanie konstrukcji w zgodzie z wymaganiami normowymi odnoszącymi się do oceny szkodliwości drgań przekazywanych przez podłoże na budynki.

Prawidłowo zaprojektowany obiekt budowlany odporny na skutki trzęsień ziemi nie musi być ani przesadnie kosztowny, ani przesadnie wytrzymały jak konstrukcja świątyni w Chichén Itzá pokazana powyżej.

Obecnie największy nacisk w badaniach dotyczących zapobieganiu sktukom trzęsień ziemi kładzie się na izolowaniu podstawy która jest powiązana z możliwością pasywnej kontroli wibracji na jakie może być narażona konstrukcja.

Inżynieria środowiska[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Inżynieria środowiska.

Zapobieganie niszczenia wybrzeża to złożony proces mający na celu ochronę wybrzeża przed niszczącym działaniem morza spowodowanym falami morskim. Wiedza ta jest ściśle powiązana z nauką Inżynieria środowiska

Sama Inżynieria środowiska stawia sobie za zadanie zachowania środowiska naturalnego w stanie równowagi oraz zachowania jego możliwości do samoregeneracji i samooczyszczania a w przypadku dewastacji środowiska (np. w wyniku katastrof, zbyt intensywnej działalności gospodarczej, awarii) zmierzające do przywrócenia tej równowagi poprzez uzdatnianie wody, oczyszczanie ścieków, przeciwdziałanie zanieczyszczeniu powietrza oraz problemami związanymi z prawidłową gospodarką odpadami niebezpiecznymi. Inżynierowie środowiska mogą także być zaangażowani w pracę związane z redukcją zanieczyszczeń czy ogólnie z ekologią. Inżynierowie środowiska są także odpowiedzialni za dostarczenie informacji oraz oszacowanie możliwych skutków proponowanych inwestycji budowlanych zarówno w trakcie ich wykonywania jak i po ukończeniu inwestycji.

Geotechnika[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Geotechnika.
 Osobny artykuł: Geoinżynieria (grunty).

Geotechnika to część inżynierii lądowej skoncentrowana na wiedzy odnoszącej się do współpracy podłoża gruntowego z obiektem budowlanym. Geotechnika ma ścisłe powiązania z geologią oraz mechaniką konstrukcji. Podstawowym zadaniem inżynierów związanych z geotechniką jest bezpieczne i jak najbardziej ekonomiczne zaprojektowanie fundamentów konstrukcji, murów oporowych czy podobnych obiektów budowlanych na styku z podłożem gruntowym. Podstawowe bariery środowiskowe które musi pokonać geotechnika, to poziom wody gruntowej oraz elementy wiedzy związane z gruntoznawstwem czy mechaniką gruntów.

Geotechnika może czasami być postrzegana za jedną z najbardziej rozległych dziedzin wiedzy budowlanej. Ma to związek z trudnościami w określeniu warunków brzegowych problemów związanych z geotechniką a w szczególności właściwości gruntu. Dzieje się tak gdyż zagadnienia geotechniczne, które mają właśnie za zadanie zdefiniowanie własności gruntu, a przede wszystkim jego nośności gruntu są dużo bardziej złożone od pozostałych zagadnień inżynierskich. Efektem tych trudności było powstanie kolejnej odmiany wiedzy inżynierskiej - geoinżynierii która zajmuje się możliwościami polepszenia i jasnego określenia własności gruntu w rejonie planowanej inwestycji budowlanej. Daje to silny kontrast z "nadziemną" częścią inżynierii lądowej w której są jasno określone właściwości materiałowe stali czy betonu.

Budownictwo wodne[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Budownictwo wodne.
 Osobny artykuł: Hydrologia.

Prawidłowa gospodarka wodna jest skoncentrowana na zbieraniu oraz zarządzaniu zasobami naturalnymi wody pitnej oraz morskiej. Wiele aspektów gospodarki wodnej mających związek z inżynierią lądową możemy odnaleźć w hydrologii, inżynierii środowiska, meteorologii, geologii czy gospodarka wodna i zarządzanie zasobami naturalnymi. Te aspekty to przede wszystkim przewidywanie i zarządzanie zarówno jakości jak i ilością wody w zbiornikach podziemnych (warstwa wodonośna) jak i w zbiornikach naziemnych jak (jeziora, rzeki oraz strumienie). Inżynierowie związanie z tą dziedziną wiedzy analizują i starają się przewidzieć ilość i jakość wody która wpływa, przepływa lub wypływa z danych zbiorników wodnych. Aby móc odpowiednio manipulować ilością i jakością płynów (zarówno wody pitnej jak i morskiej) tworzy się obiekty budowlane takie jak: sieci wodociągowe a także mosty, zapory, kanały, przepusty, groble lub wały przeciwpowodziowe kanalizacja burzowa. Inżynierowie budownictwa wodnego projektują owe konstrukcje uwzględniając zasady ciśnienia hydrostatycznego, hydrostatyki, dynamiki płynów oraz hydrauliki, czy innych.

Inżynieria materiałowa[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Badania materiałowe.

Inżynieria lądowa wykazuje także duże zależności od inżynierii materiałowej. Nauka ta zajmuje się badaniami materiałów oraz poszukiwaniem możliwości polepszenia ich właściwości przy jednoczesnym zmniejszaniu kosztów. Nowoczesne materiały budowlane, takie jak choćby betony polimerowe i inne materiały kompozytowe, powstają na bazie wyników uzyskanych przez inżynierów materiałowych.

Mechanika konstrukcji[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Mechanika konstrukcji.

Mechanika konstrukcji to nauka skupiona na analizie i odpowiednim projektowaniu wszelkich konstrukcji budowlanych podlegających działaniom sił dążących do zniszczenia obiektu. Siły te mogą być zarówno zewnętrzne jak i wewnętrzne, mogą być dynamiczne oraz statyczne. Pod pojęciem siły znajduje się także ciężar własny konstrukcji czy zmiany temperatury powodujące naprężenia wewnętrzne związane z rozszerzalnością cieplną materiałów. Odpowiednie ustalenie działających sił a następnie ich analiza pozwala na dobranie odpowiednich rozwiązań konstrukcyjnych przeciwdziałających wspomnianym siłom. Poza tym należy tak zaprojektować konstrukcję aby nie przestała ona być użyteczna i bezpieczna. W związku z specyficzną charakterystyką pewnych sił z mechaniki konstrukcji wydzieliły się dyscypliny zależne skupiające się tylko na jednym zagadnieniu. Przykładem tutaj może być nauka o zapobieganiu trzęsieniom ziemi.

Geodezja[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Geodezja.
 Osobny artykuł: Miernictwo.
Kobieca ekipa geodetów w Idaho w 1918 r.

Geodezja albo miernictwo to nauka zajmująca się wszelkiego rodzaju pomiarami lądowymi na powierzchni Ziemi. Obecnie geodeci (dawna nazwa to mierniczy), wyposażeni są w urządzenia będącymi wyrafinowanymi produktami przemysłu elektronicznego i informatycznego, takie jak elektroniczne dalmierze czy urządzenia pozycjonujące GPS. Urządzenia elektroniczne są w stanie automatycznie uwzględnić naturalną krzywiznę kuli ziemskiej. Wszystko to pozwala na coraz szybsze i bardziej dokładne wykonywanie pomiarów niezbędnych podczas wytyczania miejsca budowy a także podczas kontroli wykonania budowli. Większość inżynierów budownictwa posiada podstawową wiedzę z geodezji gdyż przedmiot ten jest wykładany w ramach studiów budowlanych.

Inżynieria transportu[edytuj | edytuj kod]

 Osobny artykuł: Inżynieria transportu.

Inżynieria transportu zajmuję się zagadnieniami przemieszczania się ludzi, pojazdów i towarów w sposób efektywny i bezpieczny. W związku z tym, zachodzą liczne relacje z inżynierią lądową, począwszy od dostarczenia parametrów potrzebnych do projektowania przepustowości ciągów komunikacyjnych do analizy bieżącego wykorzystania i możliwości przebudowy oraz remontów istniejących konstrukcji.

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Linki zewnętrzne[edytuj | edytuj kod]

Przypisy

  1. 1,0 1,1 The Canadian Society for Civil Engineering: What is Civil Engineering? (ang.). [dostęp 2007-08-08].
  2. 2,0 2,1 William C. Oakes, Les L. Leone, Craig J. Gunn: Engineering Your Future. Great Lakes Press, 2001. ISBN 1-881018-57-1. (ang.)
  3. The Architecture of the Italian Renaissance Jacob Burckhardt ISBN 0-8052-1082-2 (ang.)
  4. Artykuł w Encyklopedia Britannica (ang.)
  5. strona "Institution of Civil Engineers". [dostęp 2007-12-26].
  6. Griggs, Francis E Jr. "Amos Eaton was Right!". Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, Vol. 123, No. 1, January 1997, pp. 30-34. See also RPI Timeline
  7. Victor E. Saouma: Lecture notes in Structural Engineering. University of Colorado. [dostęp 2007-11-02].
  8. Przykład specjalności na kierunku Budownictwo w Wyższej Szkole Technicznej w Katowicach
  9. Odpowiedzialność zawodowa inżyniera