Contenido

Colaboradoresxxiii

Acercadeloseditores xxv

Prlogo xxvii

Seccin1. DiseodesistemasporFrederickS.Merritt 1.1

1.1Normas generales para el desempeo de la profesin de ingeniero civil / 1.11.2 Sistemas / 1.21.3 Anlisis de sistemas / 1.31.4 Metas, objetivosy criterios / 1.41.5 Restriccionesy normas / 1.41.6 Costosde construccin / 1.51.7 Modelos / 1.51.8 Optimizacin / 1.61.9 Procedimiento para el diseo de sistemas / 1.8

1.10 Ingeniera econmica / 1.111.11 Comparaciones econmicasde sistemas alternativos /1.151.12 Administracin de riesgo / 1.17

Seccin2. AdministracindeltrabajodediseoporFrankMuller 2.1

2.1 Endnde se emplean los ingenieros civiles? /2.12.2 Formas de organizacin de ingenieros asesores / 2.32.3 Clientes de los serviciosde ingeniera / 2.52.4 Alcancede los serviciosde ingeniera / 2.62.5 Seleccinde asesores / 2.82.6 Contratos y honorarios por serviciosde diseo / 2.92.7 Administracin del diseo de un proyecto / 2.112.8 Mtodos y normas de proyecto /2.122.9 Control de calidad del proyecto / 2.13

2.10 Programacin del diseo / 2.132.11 Control de produccin / 2.142.12 Organizacin interna de una empresa de diseo / 2.142.13 Asociacionesprofesionales / 2.19

Seccin3.EspecificacionesporTedE.Robbins 3.13.1 Composicin de especificaciones/ 3.13.2 Documentos de contrato y procedimientos para contratar / 3.23.3 Tipos de contratos / 3.43.4 Especificacionesestndar / 3.63.5 Especificacionesmaestras / 3.63.6 Disposicionesgenerales de las especificaciones/ 3.73.7 Especificacionestcnicas / 3.123.8 Publicacionesy adjudicaciones de contratos / 3.163.9 Redaccinde las especificaciones:estilo y forma / 3.18

3.10 Procesamiento automatizado de palabras de especificaciones / 3.22V

vi . Contenido

3.11 Ejemplo de una especificacin estndar y su modificacin medianteuna disposicin especial / 3.22

3.12 Ejemplo de una especificacin tcnica completa / 3.243.13 Cualidades de los ingenieros que elaboran especificaciones / 3.29

Seccin4. AdministracindeconstruccionesporJonathanT.Ricketts4.1 Labores de una administracin de construcciones / 4.24.2 Organizacin de las firmas de la construccin / 4.34.3 Naturaleza e importancia de una propuesta / 4.94.4 Contratos principales / 4.94.5 Subcontratos /4.104.6 Investigaciones y observaciones en el sitio antes de licitacin / 4.124.7 Estimacin de costos de construccin / 4.124.8 Tenedura de libros y contabilidad / 4.174.9 Programacin de un proyecto / 4.19

4.10 Papel del gerente de proyecto / 4.254.11 Papel del superintendente de campo / 4.274.12 rdenes de compra / 4.274.13 Seguridad en el trabajo / 4.284.14 rdenes de cambio / 4.284.15 Reclamaciones y litigios / 4.294.16 Seguros / 4.294.17 Fianzas / 4.33

Seccin5.MaterialesparaconstruccinporL.ReedBrantleyy RuthT.Brantley

Materiales cementos os

5.1 Tipos de materiales cementosos / 5.15.2 Cementos portland / 5.25.3 Otros tipos de cementos hidrulicos / 5.45.4 Morteros y lechadas / 5.95.5 Tipos de concreto / 5.115.6 Concretos de cemento portland / 5.125.7 Refuerzo de fibras para concreto / 5.235.8 Concreto de polneros / 5.245.9 Concreto bituminoso y otros compuestos de asfalto / 5.24

5.10 Referencias sobre materiales cementosos / 5.25

Materiales metlicos

5.11 Deformacin de los metales / 5.265.12 Mecanismos para reforzar los metales / 5.275.13 Aceros estructurales / 5.295.14 Lminas y perfiles de acero para aplicaciones estructurales / 5.445.15 Cable de acero para aplicaciones estructurales / 5.455.16 Aleaciones de aluminio / 5.465.17 Aleaciones de base de cobre / 5.495.18 Compuestos metlicos de alta calidad / 5.515.19 Referencias de metales / 5.52

Unidades de albaileria y losetas

5.20 Unidades de hormign para mampostera / 5.525.21 Ladrillos de arcilla o pizarra / 5.53

4.1

5.1

Contenido.vii5.22 Losetas de arcilla estructural / 5.535.23 Losetas de cermica / 5.535.24 Terracotaestructural / 5.555.25 Albailera de piedra / 5.55

Materiales orgnicos

5.26 Madera / 5.585.27 Plsticos / 5.615.28 Elastmeroso hules sintticos / 5.665.29 Materiales geosintticos / 5.675.30 Referenciade materiales orgnicos / 5.69

Sellosdejuntas

5.31 Compuestos de calafateo /5.705.32 Selladores /5.705.33 Juntas de empaque / 5.715.34 Referenciasde sellos de junta / 5.71

Pinturas y otros recubrimientos

5.35 Pinturas / 5.715.36 Acabados comerciales / 5.725.37 Recubrimientos industriales / 5.725.38 Secadores,adelgazadores y pigmentos para pinturas / 5.735.39 Referenciasde pinturas y recubrimientos / 5.74

Materialescompuestos

5.40 TIposde materiales compuestos / 5.745.41 Sistemas matriciales / 5.755.42 Sistemasemparedados / 5.755.43 Materiales compuestos de filamento continuo / 5.755.44 Laminados de alta presin / 5.765.45 Caucho laminado / 5.775.46 Referenciasde materiales compuestos / 5.77

In8uenciasambientales

5.47 Efectostrmicos / 5.775.48 Corrosin y oxidacin / 5.785.49 Control de degradacin y prevencin / 5.795.50 Irradiacin / 5.815.51 Referenciasde influencias ambientales / 5.82

Seccin 6. TeoraestructuralporFrederickS.Merritt

6.1 Integridad estructural / 6.1

6.1

Equilibrio

6.2 TIposde cargas / 6.26.3 Equilibrioesttico / 6.3

Esfuerzoy deformacin

6.4 Esfuerzo y deformacin unitaria / 6.46.5 Relacionesesfuerzo-deformacin / 6.4

x . Contenido

6.82 Impacto y cargas repentinas /6.1076.83 Anlisis dinmico de estructuras simples /6.1096.84 Resonancia y amortiguamiento / 6.1126.85 Diseo aproximado por carga dinmica / 6.115

Seccin7. IngenierageotcnicaporMohamadH.HusseinyFrederickS.Merritt

7.1 Lecciones derivadas de litigios y fallas en la construccin / 7.27.2 Clasificacin de suelos y rocas / 7.27.3 Propiedades fsicas de suelos / 7.97.4 Parmetros ndice de suelos / 7.97.5 Proyeccin de propiedades de suelos /7.107.6 Investigacin del sitio / 7.167.7 Condiciones peligrosas del sitio y las cimentaciones /7.20

Cimentaciones poco profundas

7.8 Tipos de zapatas / 7.237.9 Enfoque al anlisis de cimentaciones / 7.24

7.10 Anlisis de estabilidad de las cimentaciones / 7.267.11 Distribucin de esfuerzo bajo zapatas /7.307.12 Anlisis de asentamientos en suelos cohesivos /7.307.13 Anlisis de asentamientos de arena / 7.33

7.1

Cimentacionesprofundas

7.14 Aplicacionesde pilotes / 7.367.15 Tiposde pilotes / 7.367.16 Equipo para hincar pilotes /7.407.17 Conceptos de diseo de pilotes / 7.447.18 Anlisis esttico y prueba de pilotes / 7.487.19 Prueba y anlisis dinmicos de pilotes / 7.587.20 Notas de especificacinde pilotes / 7.677.21 Fustes colados / 7.68

Mtodos de retencin para excavacin

7.22 Cajones / 7.757.23 Diques y bordos de tierra / 7.797.24 Diques temporales para excavacin / 7.797.25 Solidificacin de suelos / 7.857.26 Presiones laterales activas en muros de retencin / 7.877.27 Presin lateral pasiva en muros de retencin y anclas / 7.947.28 Presin vertical del suelo en tuberas / 7.977.29 Mtodos para drenar las excavaciones / 7.99

Recalzado

7.30 Procedimientos de recalce/7.1037.31 Puntales /7.1047.32 Agujas y horquillas /7.1057.33 Recalzado con pozos /7.1067.34 Recalzado con pilotes /7.1067.35 Mtodos diversos de recalzado /7.108

Mejoramiento de los suelos

7.36 Estabilizacin mecnica de los suelos/ 7.109

Contenido.xi7.37 Estabilizacin tnnica de suelos / 7.1137.38 Estabilizacin qumica de suelos / 7.1137.39 Materiales geosintticos / 7.114

Seccion 8. Diseoy construccin con concretoporCharlesH.Thomton,l. Paul Lew y AineM.Brazil

8.1 Propiedades importantes del concreto / 8.18.2 Concreto ligero / 8.58.3 Concreto pesado / 8.6

8.1

Fabricacindel concretoestructural

8.4 Establecimientode la proporcin y mezcla del concreto / 8.68.5 Colocacindel concreto /8.108.6 Acabado de superficies de concreto irregulares / 8.118.7 Cimbras para el concreto / 8.128.8 Curado del concreto / 8.138.9 Colado del concretoen climas fros / 8.15

8.10 Preparacin del concretoen climas clidos / 8.178.11 Juntas para contracciny dilatacin / 8.188.12 Refuerzos del acero en el concreto / 8.198.13 Tendones / 8.258.14 Fabricacinde miembros de concretopresforzado / 8.278.15 Concreto precolado / 8.318.16 Construccin de losas precoladas de izar / 8.32

Diseode miembrosde concretoa Dexin

8.17 Teorade la resistencia ltima para vigas de concreto reforzado / 8.338.18 Teorade esfuerzos de trabajopara vigas de concreto reforzado / 8.368.19 Clculos y criterios para la deflexin para vigas de concreto / 8.378.20 Diseode resistencialtima de vigas rectangulares

con refuerzo solamente para tensin / 8.388.21 Diseopor esfuerzo de trabajo para vigas rectangulares slo

con refuerzo para tensin / 8.448.22 Cortes y puntos de doblez de varillas / 8.468.23 Losas armadas en una direccin / 8.468.24 Vigasrectangulares con varillas para compresin:

diseo por resistencia ltima / 8.478.25 Vigasrectangulares con varillas para compresin:

diseo por esfuerzo de trabajo / 8.488.26 Diseo por resistencia ltima de vigas 1y T /8.508.27 Diseopor esfuerzo de trabajo de vigas 1y T /8.508.28 Torsinen elementos de concretoarmado / 8.528.29 Losas de dos direcciones / 8.538.30 Cartelas y mnsulas /8.60

Miembrosa compresinde concreto

8.31 Refuerzo de columnas / 8.628.32 Efectosde la esbeltez de las columnas / 8.638.33 Diseo de columnas por resistencia ltima / 8.668.34 Diseo de columnas por esfuerzo de trabajo / 8.698.35 Muros / 8.698.36 Columnas compuestas / 8.71

xii .ContenidoConcreto presforzado

8.37 Principios bsicos del concreto presforzado / 8.718.38 Prdidas en el presforzado / 8.728.39 Esfuerzos permisibles en el concreto presforzado / 8.748.40 Diseo de vigas de concreto presforzado / 8.75

Muros de retencin

8.41 Muros de gravedad de concreto / 8.818.42 Muros de contencin en voladizo / 8.838.43 Muros de retencin de contrafuerte / 8.85

Zapatas

8.44 Tipos de zapatas / 8.868.45 Transferenciade esfuerzos de las columnas a las zapatas / 8.878.46 Zapatas para muros / 8.888.47 Zapatas ampliadas para una sola columna / 8.898.48 Zapatas combinadas / 8.918.49 Zapatas ligadas o en voladizo / 8.928.50 Zapatas sobre pilotes / 8.93

Marcosy cascarones

8.51 Anlisis estructural de marcos y cascarones / 8.938.52 Marcos rgidos de concreto / 8.958.53 Arcos de concreto /8.1008.54 Placasplegadas de concreto /8.1008.55 Cascarones de concreto /8.104

Seccin9. DiseoyconstruccinconaceroestructuralporRogerL.Brockenbrough 9.1

9.1 Propiedades de los aceros estructurales / 9.19.2 Resumen de aceros estructurales disponibles / 9.29.3 Perfilesde acero estructural / 9.89.4 Seleccinde aceros estructurales / 9.89.5 Toleranciaspara las formas estructurales / 9.99.6 Especificacionesde diseo para el acero estructural / 9.99.7 Mtodos de diseo para acero estructural / 9.119.8 Lmites dimensionales para los miembros de acero / 9.129.9 Traccinpermisible en el acero / 9.13

9.10 Esfuerzocortante permisible en el acero / 9.159.11 Compresin permisible en el acero / 9.189.12 Esfuerzosy cargas permisibles en flexin /9.209.13 Trabesarmadas / 9.259.14 Limitacionespor la deflexin / 9.319.15 Consideraciones por encharcamiento en edificios / 9.329.16 Esfuerzos y cargas permisibles de apoyo / 9.329.17 Esfuerzos combinados de tensin o compresin axial y de flexin / 9.349.18 Almas bajo cargas concentradas / 9.359.19 Diseo de atiesadores bajo cargas / 9.369.20 Diseo de vigas por torsin / 9.379.21 Esfuerzos de viento y ssmicos / 9.389.22 Resistenciaa la fatiga de las componentes estructurales / 9.389.23 Transferenciade carga y esfuerzos en soldaduras / 9.399.24 Esfuerzospara pernos/ 9.40

xii . Contenido

Concreto presforzado

8.37 Principios bsicos del concreto presforzado / 8.718.38 Prdidas en el presforzado / 8.728.39 Esfuerzos permisibles en el concreto presforzado / 8.748.40 Diseo de vigas de concreto presforzado / 8.75

Muros de retencin

8.41 Muros de gravedad de concreto / 8.818.42 Muros de contencin en voladizo / 8.838.43 Muros de retencin de contrafuerte / 8.85

Zapatas

8.44 TIposde zapatas / 8.868.45 Transferenciade esfuerzos de las columnas a las zapatas / 8.878.46 Zapatas para muros / 8.888.47 Zapatas ampliadas para una sola columna / 8.898.48 Zapatas combinadas / 8.918.49 Zapatas ligadas o en voladizo / 8.928.50 Zapatas sobre pilotes / 8.93

Marcosy cascarones

8.51 Anlisis estructural de marcos y cascarones / 8.938.52 Marcos rgidos de concreto / 8.958.53 Arcosde concreto /8.1008.54 Placasplegadas de concreto /8.1008.55 Cascarones de concreto /8.104

Seccin9. Diseoy construccin con acero estructuralporRogerL.Brockenbrough 9.19.1 Propiedades de los aceros estructurales / 9.19.2 Resumen de aceros estructurales disponibles / 9.29.3 Perfilesde aceroestructural / 9.89.4 Seleccinde aceros estructurales / 9.89.5 Toleranciaspara las formas estructurales / 9.99.6 Especificacionesde diseo para el acero estructural / 9.99.7 Mtodos de diseo para acero estructural / 9.119.8 Lmites dimensionales para los miembros de acero / 9.129.9 Traccinpermisible en el acero / 9.13

9.10 Esfuerzocortante permisible en el acero / 9.159.11 Compresin permisible en el acero / 9.189.12 Esfuerzosy cargas permisibles en flexin /9.209.13 Trabesarmadas / 9.259.14 Limitacionespor la deflexin / 9.319.15 Consideraciones por encharcamiento en edificios / 9.329.16 Esfuerzos y cargas permisibles de apoyo / 9.329.17 Esfuerzos combinados de tensin o compresin axial y de flexin / 9.349.18 Almas bajo cargas concentradas / 9.359.19 Diseo de atiesadores bajo cargas / 9.369.20 Diseo de vigas por torsin / 9.379.21 Esfuerzos de viento y ssmicos / 9.389.22 Resistenciaa la fatiga de las componentes estructurales / 9.389.23 Transferenciade carga y esfuerzos en soldaduras / 9.399.24 Esfuerzospara pernos /9.40

Contenido.xiii9~9~99~9~9~9~9~9~~M9~9~

Construccin compuesta / 9.43Arriostramiento / 9.49Elementos mecnicospara sujecin / 9.52Conexiones solddas / 9.53Combinacin de sujetadores / 9.54Empalmes de columnas / 9.54Empalmes para vigas / 9.54Montaje del icero estructural / 9.56Espacios libres y tolerancia para montaje de vigas / 9.59Proteccin del acero contra fuego / 9.62Proteccindel acero contra la corrosin / 9.65Empalmes con pernos en aceros estructurales sin aislar / 9.66

Seccin10. Diseoy construccinconaceroconformadoen froporDonS.Wolford 10.1

10.1 Fabricacin de perfiles conformados en fro /10.110.2 Aceros para perfiles conformados en fro /10.210.3 Tipos de perfiles conformados en fro /10.2lOA Principios de diseo para secciones conformadas en fro / 10.310.5 Comportamiento estructural de elementos planos a compresin / 10.310.6 Elementos no reforzados sujetos a pandeo local /10.610.7 Elementos reforzados sujetos a pandeo local / 10.710.8 Relaciones mximas entre ancho a espesor para elementos

conformados en fro /10.1010.9 Esfuerzos unitarios para acero conformado en fro/10.10

10.10 Vigas conformadas en fro no soportadas lateralmente /10.1010.11 Carga permisible de corte en almas/10.1110.12 Elementos de compresin concntricamente cargados /10.1110.13 Esfuerzos de flexin y axiales combinados /10.1310.14 Soldadura de acero conformado en fro/10.1310.15 Soldadura de arco para acero conformado en fro /10.1310.16 Soldadura por resistencia en acero conformado en fro / 10.1710.17 Atornillado de elementos de acero conformados en fro / 10.1910.18 Pijas para la unin de elementos de calibre ligero /10.23

Cubiertas para techo y pisos de acero

10.1910.2010.2110.2210.23

Tipos de cubiertas para techos de acero /10.24Capacidad de carga de las cubiertas para techos de acero / 10.24Detalles y accesorios para techos de acero /10.26Cubiertas compuestas para pisos /10.26Piso celular de acero y paneles para techos /10.27

Vigas de acero de alma abierta

10.24 Fabricacin de vigas /10.3010.25 Diseo de pisos con vigas de alma abierta /10.3210.26 Detalles de construccin para vigas de acero de alma abierta /10.32

Construcciones de acero prediseadas y prefabricadas

10.27 Caractersticas de construcciones de acero prediseadas / 10.3210.28 Diseo estructural de edificios prediseados /10.33

Diseo estructural de tubos de acero acanalados

10.29 Tubo de acero acanalado /10.34

xiv . Contenido

10.30 Tubos de placa estructural /10.3510.31 Diseo de alcantarillas /10.36

10.3210.3310.3410.35

Otros tipos de construcciones ligeras de acero

Pisos de acero de peso ligero para puentes /10.39Guardarriel tipo viga /10.40Pared de retencin tipo caja /10.40Lminas de retencin de acero ligero /10.42

Seccin11. DiseoyconstruccinconmaderaporMauriceJ. Rhude 11.1

11.1Caractersticas bsicas de uso / 11.211.2 Valores de diseo para madera aserrada y madera para construccin / 11.811.3 Clasificacin estructural de la madera /11.1011.4 Factores de ajuste para valores de diseo/11.1011.5 Soporte lateral de armazones de madera / 11.1811.6 Fabricacin de elementos estructurales de madera de construccin /11.1911.7 Fabricacin de piezas laminadas encoladas / 11.2111.8 Montajes de madera / 11.2311.9 Recomendaciones de diseo / 11.25

11.10 Elementos en tensin de madera / 11.2811.11 Columnas de madera / 11.2911.12 Diseo de piezas de madera en flexin /11.3011.13 Deflexin y contra flecha de vigas de madera / 11.3411.14 Sustentacin en elementos de madera / 11.3511.15 Esfuerzos co~binados en elementos de madera / 11.3611.16 Caractersticas de elementos mecnicos de unin / 11.3711.17 Valores de diseo y factores de ajuste para herrajes de sujecin / 11.4411.18 Uniones encoladas / 11.4911.19 Detalles de armadura estructural de madera /11.5011.20 Diseo de armazones de madera / 11.5211.21 Diseo de arcos de madera / 11.5611.22 Cubiertas de madera de construccin / 11.5711.23 Construcciones con postes redondos / 11.5911.24 Paneles estructurales de madera /11.6011.25 Tratamientos para preservar la madera / 11.65

Seccin12. TopografaporRoyMinnick 12.1

12.1Tiposde levantamientos/ 12.112.2 Fuentes y organizaciones de levantamientos / 12.212.3 Unidades de medicin / 12.212.4 Teorade los errores / 12.312.5 Cifras significativas / 12.412.6 Medicinde distancias / 12.412.7 Nivelacin / 12.612.8 Control vertical / 12.912.9 Brjulamagntica / 12.9

12.10 Rumbos yazimuts /12.1012.11 Control horizontal / 12.1112.12 Estadia"/ 12.1312.13 Levantamientos conplancheta / 12.1612.14 Trabajosde levantamiento topogrficos / 12.1812.15 Posicionamientocon SatliteDoppler / 12.18

Contenido.xv12.1612.1712.1812.19

Sistema de posicionamiento global (GPS) / 12.19Levantamientos inerciales /12.20Fotogrametra / 12.21Bibliografa / 12.25

Seccin13.MovimientodetierrasporCharlesH.SainyG.WilliamQuinby

13.1 TIposde excavacin /13.113.2 Equipo bsico para excavaciones / 13.213.3 Seleccindel equipo bsico / 13.313.4 Equipo general para excavaciny compactacin / 13.413.5 Palas mecnicas,cucharas de arrastre, cucharones de almeja

y retroexcavadoras / 13.613.6 Cargadores frontales /13.1013.7 Tractoresy accesoriospara tractores / 13.1113.8 Niveladoras / 13.1213.9 Frmulas para movimiento de tierras / 13.15

13.10 Produccin con niveladoras / 13.1613.11 Produccin delbulldozer/ 13.1813.12 Traccin /13.1913.13 Estimacindel tiempo de cicloy eficienciadel trabajo / 13.2013.14 Diagrama de masas / 13.2113.15 Perforacin para excavacinen roca / 13.2313.16 Explosivospara excavacinen roca / 13.2413.17 Voladuras para excavacinen roca / 13.2613.18 Control de la vibracin en voladuras / 13.3213.19 Compactacin / 13.3613.20 Dragado / 13.3913.21 Bibliografade movimiento / 13.41

13.1

Seccin 14. Planeacin localy regionalpor WilliamN.Lane 14.1

Planteamiento bsico y organizacin de la planeacin

14.1 Necesidad y justificacin de la planeacin / 14.114.2 Niveles de planeacin: a nivel vecindario, comunitario y regional / 14.214.3 Estructura y organizacin de las agencias de planeacin / 14.314.4 Planteamiento bsico y metodologa en la planeacin / 14.414.5 Informacin pblica y participacin ciudadana / 14.614.6 Proyecciones y pronsticos / 14.8

Recursos y calidad del ambiente

14.714.814.9

14.1014.1114.1214.13

Suelos,geologa y caractersticasdel suelo / 14.11Recursoshidrulicos y abastecimiento /14.13Desage e inundaciones / 14.14Calidad del agua y eliminacin de desechos /14.16Calidad del aire / 14.19Recreacinal aire libre y espacios abiertos / 14.19Diseo y esttica urbanos /14.21

Planeacin de usos de suelo

14.14 Uso de suelo para vivienda y residencial / 14.2414.15 Terrenospara reas comerciales / 14.2614.16 Industria / 14.29

xvi . Contenido14.17 Instituciones e instalaciones locales /14.30

14.1814.1914.20

Sistemas de servicios pblicos y de transporte

Planeacin del rea de servicios / 14.32Planeacin de sistemas de servicios pblicos / 14.34Planeacin de los sistemas de transporte /14.36

Herramientas y tcnicas de implantacin

14.2114.2214.2314.2414.25

Planes integrales y funcionales /14.40Reglamentos de fraccionamientoy subdivisin / 14.41Programas de obra y financiamiento / 14.44Otros instrumentos de implementacin / 14.45Bibliografa/ 14.45

Seccin15. Ingeniera de edificacinporFrederickS.Merritt 15.1

15.115.215.315.415.515.615.715.815.9

15.1015.1115.1215.1315.1415.1515.1615.1715.1815.1915.2015.2115.2215.2315.2415.2515.2615.2715.2815.2915.3015.3115.3215.3315.3415.35

Influenciade la planificacinen el diseo de edificios / 15.1Cdigos de construccin / 15.2Proteccincontra incendio en edificios / 15.2Cargas de diseo para edificios / 15.5Cargas factorizadas / 15.16Medida modular / 15.17Sistemasestructurales / 15.17Arriostramiento para fuerzas laterales / 15.22Mtodo del portal / 15.26Mtodo de viga voladiza / 15.26Cubierta para pisos / 15.27Muros de mampostera / 15.28Bloquesde vidrio / 15.32Muros de cortinas / 15.32Muros divisorios /15.35Ventanas / 15.35Vidriado / 15.38Puertas / 15.41Cubiertas para techos /15.48Tapajuntas /15.50Impermeabilizacin / 15.51Escaleras / 15.55Escaleraselctricas / 15.57Elevadores / 15.58Flujode calor y aislamiento trmico / 15.61Prevencin de condensacin / 15.62Calefaccin / 15.63Acondicionamiento de aire / 15.67Ventilacin/ 15.72Energa elctricapara edificios / 15.73Iluminacin elctricapara edificios / 15.75Instalaciones sanitarias /15.80Sistemasde rociadores contra incendio / 15.83Tuberaspara agua calientey fraen edificios / 15.84Acstica / 15.87

Contenido. xvii

Seccin16. Ingenieradecaminospor DemetriosE. Tonias

16.1 Clases de caminos / 16.1

16.1

16.216.316.416.516.616.716.816.9

16.1016.1116.12

Elementos de las secciones transversales de los caminos

Carriles de circulacin / 16.4Pendientes transversales de las carreteras / 16.5Tipos de superficies de las carreteras / 16.5Acotamientos / 16.6Guarniciones / 16.8Aceras / 16.9Barreras para el trfico /16.10Franja central de las carreteras / 16.14Orilla de la carretera / 16.16Derecho de va / 16.18Superelevacin / 16.18

Alineaciones de carreteras

16.13 Alineacin horizontal /16.2016.14 Alineacin vertical / 16.23

Drenaje de la carretera

16.15 Frecuenciade tormentas yescurrimiento / 16.2716.16 Drenajesuperficial / 16.2716.17 Drenajesubsuperficial /16.30

16.1816.1916.2016.2116.2216.2316.24

Superficies de los caminos

Superficiesno tratadas de caminos / 16.31Superficiesestabilizadas de caminos / 16.33Superficiesde caminos y capas base de macadam / 16.34Tratamientos superficiales / 16.35Pavimentos flexibles / 16.36Pavimentos flexiblesalternativos / 16.45Pavimentos rgidos / 16.47

Intersecciones e intercambios de carreteras

16.25 Interseccionesa nivel / 16.5116.26 Intercambios de caminos / 16.55

Control del trfico y provisiones de seguridad

16.27 Dispositivos para control del trfico / 16.6416.28 Sistemasde caminos para vehculos inteligentes / 16.6616.29 Alumbrado de carreteras / 16.67

Mantenimiento y rehabilitacin de los caminos

16.30 Mantenimiento de los pavimentos de asfalto / 16.6916.31 Mantenimiento de l~s pavimentos de concreto de cemento portland /16.7016.32 Sistemas de administracin del pavimento (PMS) / 16.71

xviii . Contenido

Seccin17. IngenieradepuentesporJamesE.RobertsyStevenL.Mellon

Consideraciones generales de diseo

17.1 Tipos de puentes / 17.117.2 Especificaciones de diseo / 17.117.3 Cargas de diseo para puentes / 17.217.4 Dimensionamiento de miembros y secciones de puentes /17.10

Puentes de acero

17.517.617.717.817.9

17.1017.1117.1217.1317.1417.1517.1617.1717.18

Sistemas empleados para puentes de acero /17.10Calidad y esfuerzo permitidos para acero para puentes / 17.10Conexiones de acero en puentes / 17.15Apoyos de puentes / 17.16Puentes de viga roladas /17.16Puentes de trabes armadas / 17.17Puentes de trabe compuesta / 17.21Diseo por fatiga de los miembros del puente /17.22Puentes de piso ortotrpico /17.23Puentes de armadura / 17.29Puentes colgantes / 17.32Puentes atirantados / 17.38Puentes de arco de acero / 17.46Trabes de acero horizontalmente curvas / 17.48

Puentes de concreto

17.1917.2017.2117.2217.23

Puentes de losa / 17.53Puentes con vigas T de concreto / 17.56Puentes de trabes decaja / 17.60Puentes de concreto preesforzados / 17.63Estribos y pilares de puentes / 17.66

Seccin18. IngenieradeaeropuertosporRichardHarding18.118.218.318.418.5

Funciones de elementos de aeropuertos / 18.1Clases de aeropuertos / 18.2Normas nacionales de aeropuertos / 18.2Planeacin de aeropuertos / 18.3Criterios de obstrucciones y libramientospara aproximaciones de aeropuertos / 18.7Seleccindel lugar para un aeropuerto/18.10Diseo de pistas de aterrizaje y despegue /18.14Sistemasde pistas de rodaje / 18.21Plataformas de estacionamiento para aeronaves / 18.21Zonas de estacionamiento de automviles / 18.22Nivelacin y drenaje de un aeropuerto / 18.23Pavimentos en aeropuerto / 18.26Superficiessin pavimentar en aeropuertos / 18.32Estabilizacindel suelo / 18.33Edificiosde una terminal area / 18.33Caminos de acceso / 18.37Hangares / 18.38Edificiosde carga y servicio / 18.39Alumbrado de un aeropuerto / 18.39

18.618.718.818.9

18.1018.1118.1218.1318.1418.1518.1618.1718.1818.19

17.1

18.1

Contenido.xix18.2018.2118.2218.2318.2418.25

Fuente de energa elctrica del aeropuerto / 18.42Sealizacin de un aeropuerto / 18.43Sistemas de combustible /18.43Control de trfico areo / 18.44Helipuertos / 18.46Puertos STOL / 18.51

Seccin 19. Ingenierade ferrocarrilesporDonaldL.McCammon 19.119.1 Glosario / 19.119.2 Sistemas de transporte por vas frreas /19.819.3 Anlisis de costo-beneficio de sistemas de transporte / 19.1619.4 Seleccin de ruta / 19.1719.5 Colocacin de vas /19.2019.6 Ubicacin y caractersticas de las estaciones / 19.2219.7 Terminales de pasajeros / 19.2519.8 Terminales de carga / 19.2619.9 Curvas horizontales / 19.28

19.10 Curvas verticales / 19.3219.11 Construccin de vas / 19.3319.12 Rieles y sus accesorios / 19.3719.13 Cambiava s y cruces / 19.4219.14 Alcantarillas, viaductos y puentes / 19.4819.15 Carros y locomotoras para carga y pasajeros / 19.4819.16 Requisitos de corriente elctrica para trenes / 19.5419.17 Control de trenes / 19.5719.18 Comunicaciones en la operacin del tren /19.6019.19 Conservacin de vas /19.60

Seccin20. IngenieradetnelesporJohnO.Bickel 20.120.1 Glosario /20.120.2 Glibospara tneles /20.220.3 Alineacin y pendientes para tneles /20.420.4 Pavimentos y equipos para tneles de carretera /20.620.5 Investigaciones preliminares /20.620.6 Ventilacinen tneles /20.720.7 Vigilanciay control de tneles /20.1820.8 Alumbrado del tnel /20.1920.9 Drenajedel tnel /20.20

20.10 Tnelespara agua /20.2120.11 Tnelespara alcantarillado y drenaje /20.2220.12 Tnelesde corte y relleno /20.2220.13 Construccin de tneles en terreno rocoso /20.2420.14 Tnelesen materiales firmes /20.2920.15 Excavacinde tneles por el mtodo de escudo al aire libre /20.3120.16 Excavacinde tneles en aire comprimido /20.3420.17 Revestimientode tneles /20.3820.18 Diseode los revestimientos de tneles /20.4120.19 Excavacinde tneles a mquina /20.4220.20 Tnelesde tubo inmerso /20.4320.21 Pozos /20.47

xx . Contenido

Seccin21. Ingenierade recursos hidrulicosporM.KentLoftin

21.1 Dimensiones y w1idades / 21.1

Mecnica de Buidos

21.2 Propiedades de los fluidos / 21.321.3 Presin de un fluido / 21.621.4 Cuerpos sumergidos y flotantes /21.1021.5 Manmetros / 21.1121.6 Fundamentos de flujo de fluidos / 21.1421.7 Representacin, mediante modelos, de recursos hidrulicos / 21.18

Flujo en tuberas

21.1

nBn9

n~n~21.1221.13

Flujo laminar / 21.22Flujo turbulento / 21.23Prdidas menores en las tuberas / 21.26Orificios / 21.29Sifones / 21.34Golpe de ariete / 21.35

Esfuerzos en tuberas

Esfuerzos perpendiculares al eje longitudinal / 21.38Esfuerzos paralelos al eje longitudinal / 21.39Expansin por temperatura del tubo / 21.39Fuerzas ocasionadas por codos en tuberas / 21.39

Alcantarillas

21.18 Alcantarillas conpendiente crticao mayor / 21.4121.19 Alcantarillas conpendientes menores que la crtica / 21.4221.20 Prdidas de entrada en alcantarillas / 21.44

21.1421.1521.1621.17

n~n~nEn~n~n~nnn~nEn~n~n~n~nMn~n~

Flujoen canalesabiertos

Elementosbsicos de los canales abiertos / 21.45TIrantenormal de flujo / 21.46TIrantecrticode flujode canal abierto / 21.47Ecuacinde Manning para flujoen canales abiertos / 21.49Perfil de la superficie libre del agua para flujogradualmente variado /21.50Clculo de curvas de remanso / 21.53Saltohidrulico / 21.56Flujoen la entrada a un canal con pendiente fuerte / 21.61Flujoen la entrada a un canal con pendiente suave / 21.62Seccinde canal de mxima eficiencia/ 21.63Flujosubcrticoalrededor de curvas en canales / 21.64Flujosupercrtico alrededor de curvas en canales / 21.65Transicionesen canales abiertos / 21.66Vertedores / 21.67Transferenciay acumulacin de sedimentos en canales / 21.75Control de la erosin / 21.79

Hidrologia

21.37 Precipitacin / 21.7921.38 Evaporacin y transpiracin /21.80

Contenido.xxiEscurrimiento / 21.81Fuentes de datos hidrolgicos / 21.82Mtodos para determinar el escurrimiento / 21.83Agua subterrnea / 21.88

Abastecimientode agua

21.43 Consumo de agua / 21.9121.44 Fuentes de abastecimiento de agua / 21.9221.45 Normas de calidad para el agua / 21.94

21.3921.4021.4121.42

21.4621.4721.4821.4921.5021.51

Tratamiento del agua

Sedimentacin simple y almacenamiento / 21.99Procesos de filtracin /21.103Suavizacin del agua /21.106Desinfeccin con cloro /21.107Estabilidad del carbonato /21.107Tratamientos diversos /21.108

n~n~n~n~n~n~n~n~nmnM

Recoleccin,almacenamientoy distribucinde agua

Embalses /21.108Pozos / 21.111Tuberapara distribucin de agua / 21.113Corrosin en sistemas de distribucin de agua / 21.118Bombascentrfugas / 21.119Bombaspara pozos / 21.121Vlvulas / 21.123Hidrantes para incendios / 21.124Medidores / 21.125Tarifasdel agua / 21.127

21.6221.6321.6421.65

Plantas hidroelctricasy represas

Generacin de energa hidroelctrica / 21.128Represas /21.130Turbinas hidrulicas / 21.133Mtodos para el control de flujosde embalses / 21.135

22.1Seccin 22. Ingeniera ambientalpor Dan L. Glasgow22.1 Prevencin de la contaminacin ambiental / 22.122.2 Fuentes principales de la contaminacin del agua / 22.322.3 Tiposde alcantarillas / 22.422.4 Estimacindel flujode aguas de desecho / 22.522.5 Diseode alcantarillas / 22.722.6 Coladeras pluviales / 22.1422.7 Registrosde inspeccin / 22.1522.8 Descargas de alcantarillas / 22.1722.9 Sifonesinvertidos / 22.18

22.10 Reguladores del flujoen alcantarillas / 22.1922.11 Mtodos de construccin de alcantarillas /22.2022.12 Estacionesde bombeo de aguas de desecho / 22.2122.13 Bombaspara aguas de desecho / 22.2322.14 Caractersticas de las aguas de desecho domsticas / 22.2322.15 Tratamiento y eliminacin de aguas de desecho / 22.27

xxii . Contenido

22.1622.1722.1822.1922.2022.2122.2222.2322.2422.2522.2622.2722.2822.2922.3022.3122.3222.3322.3422.35

Pretratamiento de aguas de desecho / 22.31Sedimentacin / 22.32Filtracin de aguas de desecho / 22.35Proceso de Iodos activados /22.40Estabilizacin por contacto / 22.43Tratamiento y disposicin del lodo / 22.44Tanques Irnhoff / 22.52Fosas spticas / 22.53Pozos negros y pozos de absorcin / 22.57Retretes qumicos / 22.58Fosas spticas de oxidacin / 22.58Biodiscos o contactores biolgicos giratorios / 22.59Biofiltros activados /22.60Desinfeccin /22.60Tratamiento avanzado para aguas de desecho / 22.62Tratamiento de desechos industriales / 22.63Rellenos sanitarios / 22.66Incineracin de la basura y desechos peligrosos / 22.68Control de la contaminacin del aire / 22.71Declaraciones sobre impacto ambiental / 22.74

Seccin 23. Ingenierade costas y puertosporSeottL. Douglass

23.1 Nivel de riesgo en losproyectos costeros / 23.1

Hidrulica y sedimentos costeros

23.2 Caractersticas de las olas / 23.223.3 Niveles de diseo del agua de las costas / 23.823.4 Caractersticas de los sedimentos de las costas /23.1023.5 Corrientes cercanas al litoral y transporte de la arena/23.10

23.623.723.823.9

23.1023.1123.1223.1323.14

Ingeniera de puertos y de drsenas para embarcaciones pequeas

TIpos de puertos establecidos y puertos / 23.11Disposicin de un puerto / 23.12Levantamientos hidrogrficos y topogrficos / 23.17Caractersticas de los barcos / 23.19TIpos de estructuras de amarre para los barcos /23.20Diseo de muelles y anexos para el amarre de barcos / 23.21Disposicin y diseo de las drsenas para embarcaciones menores / 23.38Nutricin de las playas / 23.41Programas de monitoreo para proyectos de ingeniera costera / 23.45

Estructuras costeras

23.15 Efectosde las estructuras costeras sobre las playas / 23.4523.16 Diseode muros ribereos y de diques de mar / 23.4623.17 Uso de modelos fsicosy numricos en el diseo / 23.48

Apndice. FactoresdecQnversinal sistemamtricodeunidades(SI)porFrederiekS.Merritt

ndice (enseguida del apndice)

23.1

A.1

1.1

1 FrederickS. MerrittConsultingEngineerWestPalmBeach,FloridaDiseo de sistemas

L a ingeniera civiles la rama de la inge-niera que se ocupa de la planeacin,diseo y construccin de proyectospara elcontroldel ambiente, desarrollode recursos naturales, serviciosde transporte, tne-les, edificios,puentes y otras estructuras, con el finde satisfacer las necesidades de la sociedad. A laspersonas capacitadas por su instruccin y experien-cia, y quienes renen los requisitos que requiere elejerciciode la profesin de ingeniera civil, se lesllama ingenieros civiles.

1.1 Normas generales para eldesempeo de la profesinde ingeniero civil

Como profesionistas, los ingenieros civiles debenajustarse a los siguientes cnones al desempear suslabores:

1. Mantener comoprincipio supremo laseguridad,la salud y el bienestar pblicos. (Esto tambinimplica el compromiso de preservar los energ-ticos y atender al mejoramiento del ambientepara el incremento de la calidad de vida.)

2. Comportarse con todo patrn o cliente comoadministrador leal, evitando conflictos de inte-reses.

3. Aplicar al mximo sus conocimientos y expe-riencia en todo proyecto.

4. Ejecutarsus serviciossloen reas de su compe-tencia;en otras disciplinas,los ingenierospodrncontratar o establecerconvenios de colaboracin

con personal calificado, consultores o socios com-petentes en dichas reas.

Por consiguiente, los proyectos de ingeniera ci-vil se deben planear, disear y construir satisfacien-do los siguientes criterios:

1. Servir a los propsitos que especific el dueo ocliente.

2. Construirse mediante tcnicas conocidas, utili-zando mano de obra y equipo disponible, dentrode un plazo aceptable para el dueo o cliente.

3. Que sean resistentes a las cargas y al uso al quese sometern durante un periodo razonable.

4. Cuando se termine el proyecto deber ser elptimo, el ms bajo en costos para conseguir losobjetivos que se desean, o el mejor en relacincon el dinero invertido, tal como lo solicit eldueo o cliente. Pero si el proye

1.2 . SeccinunoEl objetivo ltimo del diseo es suministrar

en forma precisa, breve y de fcil comprensin, elmaterial informativo necesario para realizar el pro-yecto. Por tradicin los diseadores proveen estainformacin en dibujos o planos que muestran loque va a construirse, y en las especificaciones sedescriben los materiales y equipo que se incorpora-rn al proyecto. Por lo general, los diseadorestambin preparan, con asesora legal, un contratode construccin entre el cliente y el contratista ge-neral o dos o ms contratistas principales. Ademsobservan o inspeccionan la construccin del proyec-to. Esto debe hacerse no slo con el fin de ayudar alcliente a garantizar que el proyecto se construya deacuerdo con los planos y especificaciones seala-das, sino tambin para obtener informacin til enel diseo de proyectos futuros (Sec. 1.9). El procedi-miento requiere:.

1.2 Sistemas

El diseo de sistemas de un proyecto comprendeuna serie de pasos racionales y ordenados que,dadas determinadas condiciones, conducen a to-mar la mejor decisin (Secc. 1.9). El procedimientorequiere:

Anlisis del proyecto como un sistema

Sntesis o seleccin de los componentes para formarun sistema que satisfaga objetivos especficos

Evaluar el comportamiento del sistema, al compa-rado con otras alternativas

Retroalimentacin para el anlisis y sntesis de lainformacin recabada en la evaluacin del sistema,con objeto de mejorar el diseo

La principal ventaja del mtodo es que a travsde comparaciones de alternativas y retroalimenta-cin de datos al proceso de diseo, el diseo desistemas converge en uno ptimo, o en el mejor,para las condiciones dadas. Otra ventaja es que elprocedimiento permite al diseador poner en clarolas necesidades del proyecto que disea. Adems,proporciona una base comn de entendimiento ypromueve la cooperacin entre los especialistas envarios aspectos del diseo del proyecto.

Para que el proyecto sea tratado como un siste-ma, tal como lo requiere un diseo de sistemas, esnecesario saber qu es un sistema y cules son suscaractersticas bsicas:

Un sistemaesun conjunto formado para satisfacerobjetivos especficos,sujeto a impedimentosy restriccio-nes;consta de dosoms componentes interrelacionadosy compatibles; cadacomponenteesesencial para los re-querimientos de ejecucin del sistema.

Debido a que los componentes deben interrela-cionarse, la operacin, o incluso la simple existenciade uno de ellos, afecta de algn modo la actua-cin de los otros. Asimismo, el funcionamiento delsistema como un todo y las limitaciones del mismoimponen restricciones sobre cada uno de los com-ponentes.

Ejemplos de sistemas en ingeniera civil sonlos edificios, carreteras, puentes, aeropuertos, fe-rrocarriles, tneles, abastecimiento de agua pota-ble, y recoleccin, tratamiento y disposicin deaguas negras.

Un edificio es un sistema porque se construyepara servir para propsitos especficos tales comoespacio y techo para las actividades humanas orecinto para almacenar materiales. Se encuentra su-jeto a restricciones como las indicadas en reglamen-tos de construccin con respecto a su altura y reade piso. Las restricciones incluyen tambin la capa-cidad de soportar cargas producidas por las acti-vidades humanas y por fuerzas naturales comovientos y terremotos. El conjunto en general constade techos, pisos, muros, puertas, ventanas, marcosestructurales que soportan los otros componentes,y sistemas para calefaccin, ventilacin y enfria-miento de interiores.

Una carretera o una va frrea son sistemas

construidos con propsitos especficos a fin de su-ministrar una superficie o camino apto para el mo-vimiento de vehculos. Sus restricciones las imponeel terreno por donde va a pasar el camino o ferroca-rril, las caractersticas del vehculo y el volumen detrfico. Una carretera es usada primordialmente porvehculos con ruedas de hule cuya velocidad y di-reccin de viaje controlan conductores humanos.Un ferrocarril se utiliza por vehculos equipadoscon ruedas de acero, diseadas para rodar sobrerieles que controlan la direccin del viaje; la veloci-dad se regula directamente un conductor humanoo, indirectamente, por controles remotos. Tanto lascarreteras como los ferrocarriles tienen derecho de

va, unen dos puntos, entradas y salidas de vehcu-los, sistemas de control de trfico, de seguridad,puentes, tneles, estaciones para reabastecimientode combustible y servicio de vehculos, estacionespara la subida y bajada de pasajeros o para cargay

descarga de materiales, y estaciones de serviciopara conductores y pasajeros.

Un tnel es un sistema subterrneo y un puentees un sistema sobre la superficie de la tierra, cons-truidos con el propsito especfico de permitir elpaso sin obstculos a peatones, vehculos, tuberas,cables o transportadores. Un tnel est sujeto arestricciones tales como exclusin de tierra, roca yagua no deseada en el pasadizo, mientras que unpuente debe cargar el pasadizo entre distancias querequieran pasar por encima de obstrucciones. Untnel consta principalmente de un pasadizo y so-portes o revestimientos para alojarlo. El conjuntodebe tambin incluir drenaje, ventilacin e ilumina-cin. Un puente consta primordialmente de un pa-sadizo, marcos estructurales que lo soportan, pilasy contrafuertes para sostener los otros componentesa una altura adecuada, por encima de las obstruc-ciones.

El abastecimiento de agua es un sistema creadocon el propsito espefico de suministrar agua parasatisfacer las necesidades del hombre. Las restric-

ciones de este sistema dependern de la cantidad ycalidad del agua que se requiera. En general, elsistema consta de fuentes de abastecimiento, me-dios para la extraccin de agua en los volmenesdeseados y su transporte a los puntos donde senecesita; una planta para el tratamiento del aguacon el fin de satisfacer los criterios de calidad; tube-ras con dimetros adecuados para el paso de lascantidades necesarias, sin excesiva prdida de pre-sin; vlvulas; estanques; presas y otros dispositi-vos y accesorios para el control del flujo.

La recoleccin, tratamiento y disposicin deaguas negras es un sistema con el propsito espec-fico de remover aguas residuales de los puntosdonde se origina y descargar los desperdicios en ta-les condiciones y lugares que la salud y el bienestardel hombre no peligren y desaparezca o se minimicela contaminacin ambiental. Las restricciones del

sistema generalmente dependen de la cantidad ycaractersticas de los desechos, del vol umen de aguanecesario para el transporte de stos y del criterio aseguir segn los productos que se desechan. Elconjunto est integrado por dispositivos y acceso-rios para recolectar desperdicios y remocin de elloscon agua; los medios para transportar las aguasnegras a la planta de tratamiento, y el trasladoposterior de los productos al punto de eliminacin;la planta de tratamiento donde los desechos se re-mueven o vuelven inocuos; medios para la disposi-

Diseodesistemas.1.3cin segura de los desperdicios yagua tratada; tu-beras, vlvulas y dispositivos varios para el controlde flujo.

Ntese que en todos los ejemplos precedentes,los sistemas constan de dos o ms componentesinterrelacionados y compatibles. Cada uno de loscomponentes es esencial para la ejecucin del siste-ma demandado y todos ellos afectan al funciona-miento de por lo menos uno de los dems, y laejecucin requerida para el sistema en su totalidadimpone restricciones sobre cada uno de los compo-nentes.

Subsiste mas_ El grupo de componentes deun sistema puede ser llamado sistema o tambinsubsistema. ste se disea como un sistema, perosus metas deben ayudar al sistema del cual es com-ponente, a fin de lograr los objetivos del mismo.Similarmente, el grupo de componentes de un sub-sistema es un sistema al que se denomina subsub-sistema.

En resumen, los subsistemas de un proyectogrande a menudo se consideran como sistemas. Porejemplo, en un edificio, subsistemas mayores comopor ejemplo los marcos estructurales, muros o ins-talaciones, se llaman sistemas. Sus componentes,que satisfacen la definicin de un sistema, se tratancomo subsistemas, por ejemplo la plomera constade los subsistemas hidrulicos, sanitarios y de gas.El subsistema de las aguas negras incluye variosdispositivos para la recoleccin y descarga de lasaguas negras; drenajes y tuberas para desechos;soportes; trampas; drenes; cloacas y respiraderos.En un sistema complejo como un edificio, los sub-sistemas y otros componentes pueden combinarsede varios modos para formar diferentes sistemas.

1.3 Anlisis de sistemas

En el anlisis de sistemas, un sistema se divide ensus componentes bsicos. Se determinan los subsis-temas y enseguida se investiga el sistema con el finde especificar su naturaleza, interaccin y actuacincomo un todo. La investigacin debe contestar pre-guntas tales como:

Qu hace cada componente (o subsistema)?

Qu fin persigue?

Cmo realiza el componente sus funciones?

1.4 . SeccinunoQu otra funcin lleva a cabo?

Por qu el componente hace de ese modo las cosas?

Qu debe hacer realmente?

Puede eliminarse puesto que no es esencial o por-que otro puede asumir sus labores?

1.4 Metas, obietivos y criterios

Antes de empezar el diseo de un sistema, el dise-ador debe establecer las metas del dueo del mis-mo. stas se enuncian de acuerdo a lo que va arealizar el sistema, cmo afectar al ambiente ya otros sistemas y cmo esossistemas y el ambienteafectarnalproyecto.Lasmetas deben sergeneralesy breves, abarcando todos los objetivosdel diseo;deben ser lo suficientementeespeficas para orien-tar la generacin de alternativas de diseo y con-trolar la seleccinde la alternativa ptima.

Un ejemplo simple de meta: el diseo de unedificio para una oficinade correos que aloje a 100trabajadores; ste se construir en una propiedaddel cliente.Eledificiodebe armonizar conlasestruc-turas vecinas.Debe terminarse el diseo en 90dasy la construccin en un ao. Loscostosde lamismano deben exceder de 500000dlares.

Lasmetas de un diseo de sistemas que se aplicaa un subsistema son las mismas que de un sistemaen s. Ellas indican las funciones requeridas delsubsistema y cmo ste afecta y es afectado porotros sistemas.

Obietivos 8Con las metas conocidas,eldise-ador define los objetivos del sistema. stos sonsimilares a las metas pero proporcionan en detallelos requerimientos que el sistema debe satisfacerpara alcanzadas.

Al enumerar los objetivos, los diseadoresempiezan con una generalizacin amplia que pos-teriormente detallan para guiar el diseo del siste-ma. Algunos objetivoscomola minimizacin de loscostosiniciales,loscostosdel ciclode vida o el tiem-po de construccin, deben enumerarse. Otros obje-tivos, que se aplican en el diseo de casi todos losproyectos como la salud, seguridad y bienestar quese mencionan en los reglamentos de construccin,de zonificacin y reglamentos de las dependen-cias de salubridad, son muy numerosos para enu-merados y se pueden consultar en otras fuentes.

Los objetivos deben ser suficientemente espeficospara guiar la planeacin del proyecto y la seleccinde los componentes con caractersticas determina-das. En algunos objetivos debe sealarse tambin elgrado de control necesario para la operacin de lossistemas que se suministran para lograr los demsobjetivos.

Criterios 8 Debe haber por lo menos un cri-terio asociado con cada uno de los objetivos. Elcriterio es una gama de valores dentro de la cual laejecucin del sistema debe permanecer a fin de quese cumplan los objetivos. El criterio debe servircomo gua en la evaluacin de las alternativas. Porejemplo, para la resistencia al fuego del muro de unedificio, el criterio debe ser resistir el fuego durantedos horas.

Valoracin 8Adems de establecer el crite-rio, el diseador debe priorizar los objetivos deacuerdo con la importancia relativa de los objetivosdel cliente (consltese tambin la seccin 1.10).Estavaloracin puede servir asimismo como gua en lacomparacin de alternativas.

1.5 Restricciones y normas

Adems de fijarse metas y objetivos para un sistemaal comenzar el diseo, los diseadores deben tam-bin definir las restricciones del sistema. stas sonlmites en los valores de las variables del diseo, querepresentan propiedades del sistema y son contro-lables por el diseador.

Los diseadores pocas veces son completamentelibres de escoger algn valor deseado para las pro-piedades del componente de un sistema. Una de lasrazones es que cierto componente con las propieda-des deseadas puede no estar disponible fcilmente,por ejemplo, un ladrillo de 9 in de largo. Otra raznes que por lo general existen varias restricciones detipo legal, por ejemplo las de reglamentos de cons-trucciones, del reglamento de zonificacin; las haytambin econmicas, fsicas, qumicas, temporales,psicolgicas, sociolgicas o estticas. Tales restric-ciones pueden determinar los valores de las propie-dades de los componentes o fijar el lmite en el quecual deben permanecer.

Normas 8Por lo menos una norma debe aso-ciarse a cada restriccin. Una norma es un valor o

-lmite de valores que gobierna una propiedad delsistema. Las normas especifican un valor fijo quepuede ser mximo o InmO.

Por ejemplo, un diseadorpuede estar buscandodeterminar el espesor de un muro de carga de ladri-llo. El reglamento local de construccin determinaque ese muro no debe tener menos de 8 in deespesor. Este requerimiento es una norma Inma.El diseador entonces puede seleccionar un murocon un espesor de 8 in o ms. Los requerimientos deotros sistemas adyacentes indican, sin embargo, quepara que el muro sea compatible su espesor no debeexceder de 16in; se trata de una norma mxima. Losladrillos, sin embargo, slo estn disponibles enespesor nominal de 4 in. Por lo tanto, las restriccio-nes limitan el valor de las variables controlables; enel caso del espesor del muro, deben ser de 8, 12 o16 in.

1.6 Costos de construccin

Elcosto de construccin de un proyecto usualmentees un factor dominante en el diseo. Una razn es

que si ste rebasa el presupuesto de construccin deldiseo o cliente, el proyecto puede cancelarse. Otrarazn es que algunos costos, como el inters sobrela inversin, que se presenta al finalizar el proyec-to, a menudo son proporcionales al costo inicial.Por este motivo, el propietario usualmente trata demantener bajo dicho costo. Un proyecto que se di-sea para minimizar los costos de construccin, nonecesariamente satisface mejor los intereses del pro-pietario. Hay algunos otros costos en que el propie-tario incurre durante la vida til del proyecto, quedeben tomarse en cuenta.

Por ejemplo, despus de que un proyecto se haterminado, el propietario incurre en costos de ope-racin y mantenimiento. stos se derivan de de-cisiones tomadas durante el diseo del proyecto.Frecuentemente se permite que los costos de post-construccin sean altos para que el costo inicialpueda mantenerse dentro del presupuesto de cons-truccin del propietario; de otra manera, el proyectono se lleva a cabo.

Costo del ciclo de vida es la suma de los costos

iniciales de operacin y mantenimiento. Debe ha-cerse ms nfasis en la minimizacin del costo del

ciclo de vida que en los costos de construccin,puesto que esto permite al dueo obtener el mayorrendimiento a su inversin.

Diseodesistemas.1.5No obstante lo anterior, el cliente establece por lo

comn el presupuesto de construccin en formaindependiente del costo del ciclo de vida Esto esnecesario a menudo porque el cliente no cuenta conel capital adecuado para un proyecto ptimo y fijaun lmite bajo a los costos de construccin. El clien-te espera tener posteriormente el capital suficien-te para solventar los altos costos de operacin ymantenimiento o para reemplazar los componentesindeseables e ineficientes. Otras veces, el clienteestablece un bajo presupuesto de construccin por-que su meta es obtener un rpido beneficio sobre lapreventa del proyecto; en este caso, el cliente tienepoco o ningn inters en los futuros costos de ope-racin y mantenimiento del proyecto. Por estas ra-zones, el costo de construccin es con frecuencia unfactor dominante en el diseo.

1.7 Modelos

Como una ayuda para la evaluacin de la ejecucinde un sistema y la comparacin de alternativas dediseos, los diseadores pueden representar el sis-tema por medio de un modelo que les permiteanalizado y evaluar su funcionamiento. Por razo-nes prcticas el modelo debe ser simple y congruen-te con la funcin para la cual se seleccion. El costode formulacin y uso del modelo debe ser nfimocomparado con el costo del montaje y prueba delsistema real.

Por cada variable de entrada del sistema debe

existir otra correspondiente en el modelo de talmanera que las respuestas (salidas) de ste corres-pondan a las que se obtendran en el sistema. Lacorrelacin puede ser aproximada pero a pesar deello deber ser lo ms cercana para cumplir con losobjetivos buscados. Por ejemplo, para la estimacinde costos durante la fase conceptual del diseo,puede usarse un modelo de costos que d pronsti-cos aproximados de los costos de construccin. Sinembargo, los modelos que se utilicen en la fase decontratacin deben ser exactos.

Los modelos se clasifican en icnicos, simblicoso analgicos. El tipo icnico puede ser el sistemareal, una parte del mismo, o simplemente mostrarun parecido fsico con l. El modelo icnico se usapor lo general para pruebas fsicas del funciona-miento de un sistema, como las pruebas de carga ode tnel de viento, o ajuste de controles para elflujo de agua y aire en el sistema real.

1.6 . SeccinunoLos modelos simblicos representan con smbo-

los las entradas (datos) y salidas (resultados) de unsistema y se utilizan generalmente para el anlisismatemtico del mismo. Ellos permiten una relacingeneralizada, ms breve y mejor expresada: sonmenos costosas para desarrollar y usar que otro tipode modelos, y son fciles de manejar.

Los modelos analgicos son sistemas reales, perocon propiedades fsicas diferentes al sistema real.Los ejemplos incluyen relojes digitales para medi-cin de tiempo, termmetros para medicin de tem-peraturas (cambios de calor), reglas de clculo parala multiplicacin de nmeros, flujo de corrienteelctrica para medir el flujo de calor a travs de unaplaca metlica, y membranas jabonosas para medirla torsin en un eje elstico.

Las variables que representan las entradas y pro-piedades de un sistema pueden ser consideradasvariables independientes de dos tipos:

1. Variables que los diseadores pueden controlar:Xl, X:z,X3,'"

2. Variables no controlables: Y,Y2,Y3,'"

Las variables que representan la salida o el fun-cionamiento del sistema pueden ser consideradasvariables dependientes: Zl, Z:z,Z3,...Estas variablesson funciones de las variables independientes. Lasfunciones tambin contienen parmetros; sus valo-res pueden ser ajustados para calibrar el modelo conel comportamiento del sistema real.

Modelos de costos .Como un ejemplo deluso de modelos en el diseo de sistemas, conside-remos los siguientes modelos de costos:

C=Ap (1.1)

costos de construccin del proyecto

parmetros convenientes para unproyecto, como rea de piso (piescuadrados) en un edificio, longitud(millas) de un camino, poblacin(personas) a quienes beneficiar elabastecimiento de agua o sistema dealcantarillado.

p =costo por unidad de construccin,dlares por unidad (piescuadrados,millas, personas)

ste es un modelo simblico aplicable slo en laetapa inicialdel diseo, cuando los sistemas y sub-

donde C=A =

sistemas son especificados en forma general. TantoA comopson estimados, regularmente sobre basesde experiencias con sistemas similares.

C=LAp (1.2)

donde A = unidades de medicin adecuadaspara el i-simo sistema

p =costo por unidad para el i-simo sis-tema

Este modelo simblico es conveniente para la esti-macin de costos de construccin de un proyecto enla etapa preliminar del diseo, despus de seleccio-nar los tipos de sistemas principales. La ecuacin(1.2) da el costo como la suma de los costos de lossistemas ms relevantes, a la cual deben adicionarselos costos estimados de otros sistemas y los gastosindirectos y la utilidad del contratista.

e =L Ap (1.3)donde A = unidad adecuada de medicin para

el j-simo subsistema

p = costo por unidad para el j-simosubsistema

Este modelo simblico se puede usar en la fase dedesarrollo del diseo y ms tarde, una vez que loscomponentes de los sistemas principales se hayanseleccionado y la mayor exactitud de los costosestimados sea confiable. La ecuacin (1.3) propor-ciona los costos de construccin como la suma delos costos de todos los subsistemas, a la cual debenadicionarse los gastos indirectos y la utilidad delcontratista.

Para ms informacin sobre estimacin de cos-tos, vase la seccin 4.7.

1.8 Optimizacin

El objetivo del diseo de sistemas es seleccionar elmejor sistema para determinadas condiciones; esteproceso se conoce como optimizacin. Cuando sepuede optimizar ms de una propiedad del sistema,o cuando existe una sola caracterstica por optimi-zar pero no es cuantificable, puede o no haber solu-cin ptima. Si existe, puede encontrarse por tanteocon un modelo o por mtodos como los descritos enla seccin 1.10.

Cuando se va a optimizar una caracterstica deun sistema, como los costos de construccin, el cri-terio puede expresarse como sigue:

Optimizar zr=Ir (Xl, X:z, X3, . . .,yV y:z,Y3,. . .) (1.4)

donde Zr=variable dependiente por maxirni-zar o minimizar

x =variable controlada, identificada porel subndice

y =variable no controlable, identificadapor el subndice

Ir =funcin objetivo

Sin embargo, en general hay restricciones sobre losvalores de las variables independientes. Estas restric-ciones se pueden expresar de la siguiente manera:

h (xv X2, X3,. . .,Yl

1.8 . Seccinunoing,Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J.;K.1. Majid,Optimum Design of Structures,HalstedPress/John Wlley & Sons, Inc., New York; F. S.Merrit and J. A. Ambrose,BuildingEngineeringandSystems Design,2nd. ed., Van Nostrand ReinholdCompany, New York;L.Spunt,OptimumStructuralDesign,Prentice-Hall, Inc.,Englewood Cliffs,N.J.).

1.9 Procedimiento parael diseo de sistemas

La seccin 1.2 define los sistemas y explica cmo eldiseo de stos comprende una serie de pasos ra-cionales y ordenados, los cuales conducen a la mejordecisin para un grupo de condiciones dadas. Tam-bin enumera los componentes bsicos del procedi-miento, como son anlisis, sltesis, evaluacin yretroalimentacin. Siguiendo estos pasos, una defi-nicin ms formal sera:

El diseode sistemases la aplicacindel mtodocientficoparaseleccionaryagruparloscomponentesqueforman un sistemaptimo,conelfin deobtenermetasyobjetivosespecficos,auncuandoestsujetoa limitacio-nesy restriccionesdadas.

El mtodo cientfico, incorporado a las defini-ciones de ingeniera econmica o del valor y diseode sistemas, consiste en los siguientes pasos:

1. Recoleccinde datos y observaciones del fen-meno natural.

2. Formulacin de una lptesis capaz de predecirobservaciones futuras.

3. Prueba de lptesis para verificar laexactitud delas predicciones y desechar o mejorar la lpte-sis, si sta es inadecuada.

El diseo de sistemas debe proporcionar res-puestas a las siguientes preguntas:

1. Qu es lo que el cliente o dueo quiere delproyecto (metas,objetivosy criteriosasociados)?

2. Cules son las condiciones que prevalecen, oque existirn despus de la construccin, queestn fuera del control de los diseadores?

3. Qurequerimientos o condicionesdel proyectoque afectan el comportamiento del sistema pue-den ser controlados por el diseo (restriccionesy normas relacionadas)?

4. Cules requerimientos de ejecucin,criterio detiempo y costopuede usar el clientey losdisea-dores para estimar el rendimiento del sistema?

La recoleccin de la informacin necesaria parael diseo de un proyecto empieza al iniciarse eldiseo y puede continuar durante la fase de obten-cin de los documentos del contrato. La recoleccinde datos es parte esencial del dis"eo de sistemas,pero debido a que es continua durante el diseo, nose enumera en la ejecucin como paso bsico.

Con el fin de ilustrar el procedimiento para eldiseo de sistemas se le dividi en nueve pasosbsicos que aparecen en la figura 1.1. Debido a queel anlisis econmico se aplica en los pasos 5 y 6,los pasos 4 al 8 que cubren la sltesis, anlisis yevaluacin pueden repetirse varias veces. Cada ite-racin debe conducir a un diseo ms cercano alptimo.

Para preparar el paso 1, los diseadores debentrazar un programa del proyecto o enumerar lasnecesidades del cliente, y obtener la informacinsobre las condiciones existentes que afectarn eldiseo del proyecto. En los pasos 1 y 2, los disea-dores utilizan la informacin disponible para defi-nir las metas, objetivos y restricciones que debensatisfacer el sistema (vanse secciones 1.4 y 1.5).

Sntesis _Enelpaso 3, losdiseadores debenconcebir por lo menos un sistema que satisfagalos objetivos y las restricciones. Para lograr esto,cuentan con experiencias anteriores, conocimien-tos, imaginacin, habilidad creativa y asesora deconsultores, incluyendo ingenieros de costos, ex-pertos en construccin y operadores experimenta-dos del tipo de actividades que se van a disear.

Por otro lado, el diseador debe desarrollar sis-temas alternativos que quiz sean ser ms efectivosen costos y puedan construirse ms rpidamente.Para aprovechar eltiempo de diseo enla obtencinde un sistema ptimo, los diseadores deben inves-tigar sistemas alternativos en una secuencia lgicaque tienda a lograr resultados ptimos potenciales.Como ejemplo,se presenta a continuacin una po-sible secuencia lgicapara un edificio:

1. Seleccin de una tcnica industrializada disponi-ble o preconstruida para el edificio; un sistema quesea prefabricado. El sistema quiz sea el ms bajoen costo, debido al uso de tcnicas de produccinmasiva, lo cual es regularmente ms econmico

OBESTIMELOSVALORESDELAS VARIABLESINDEPENDIENTES

NOCONTROLABLES

OCDETERMINELOS VAlORES DE

lAS VARIABLESINDEPENDIENTES

CONTROlABLES,PARAOBTENERLOSRESULTADOSPTIMOS

eASELECCIONEUNMODELO

QUEPRESENTEELSISTEMA,PARAOPTIMIZARLO

y EVALUARLO

eDDETERMINELOSVAlORESDE

lAS VARIABLESDEPENDIENTES(ESTIMACiNDE

FUNCIONAMIENTOYCOSTOS)

Diseodesistemas. 1.9

oENUNCIEPARAQUSEDESEAELSISTEMA,INDICANDOTAMBINCMOELAMBIENTE

YOTROSSISTEMASAFECTARNSUFUNCIONAMIENTOOSERNAFECTADOSPORL

$IDENTlFIOUELOSOBJETIVOSYRESTRIC-CIONESCONOCIDOSPARAELSISTEMA

SINTETICEELSISTEMA

oEVALEEL SISTEMA

o ELIMINE,CAMBIEOCOMBINELOSCOMPONENTESOSUBSISTEMAS

PARAMEJORARCOSTOS

8 CONSTRUYAELMODELODELNUEVOSISTEMA Y APLIQUELO

EVALEEL NUEVOSISTEMA

RECOLECCiN

DEDATOSYFORMULACiNDEL PROBLEMA

SINTESISyANALlSIS

ANLISISDELVALOR

EVALUACiN

DECISiN

Figura 1.1 Pasosbsicosen eldiseo de sistemas adems de la recoleccin de informacin necesaria.

ESPECIFIQUEEL MEJORSISTEMA

1.10 . Seccinunoque si lo produce el personal de campo. Tambin,la calidad de los materiales y la construccin pue-den ser mejores que las estructuras construidas enobra, porque los elementos se encuentran bajocontrol y supervisin estrictas.

2. Diseo de un edificio preconstruido (si el clientenecesita varias estructuras del mismo tipo).

3. Montaje del edificio con componentes o sistemasprefabricados. Este tipo de construccin es simi-lar al que se utiliza para edificios preconstruidos,excepto porque los componentes preensambla-dos son mucho ms pequeos en el sistema deedificacin.

4. Especificacin de tantos componentes prefabri-cados y estndar como sea posible. Los compo-nentes estndar son elementos comercializadosdisponibles para entrega inmediata por las com-paas abastecedoras de elementos para edificios.

5. Repeticin de los componentes iguales, el mayornmero de veces posible. Esto permite la pro-duccin en masa de algunos componentes queno sean estndar. Por otro lado, la repeticinpuede acelerar la construccin porque el perso-nal de campo trabajar ms rpidamente a me-dida que se familiarice con los componentes.

6. Diseo de componentes para el montaje de ma-nera que el trabajo de los diversos oficios seacontinuo en la obra. El trabajo que obliga a unaactividad a esperar la cuhninacin de otra, de-mora la construccin y es costoso.

Modelado _ En el paso 4, los diseadoresdeben representar el sistema a travs de un modelosencillo, de exactitud aceptable. En este paso, losdiseadores deben especificar o estimar los valoresde las variables independientes, representando laspropiedades del sistema y sus componentes. El mo-delo deber aplicarse para determinar el funciona-miento ptimo del sistema (variables dependientes)y los valores correspondientes de las variables con-trolables (vanse las secciones 1.7 y 1.8). Por ejem-plo, si el funcionamiento de un sistema deseado esun costo mnimo de construccin, el modelo debeusarse para estimar este costo y seleccionar los com-ponentes y mtodos de construccin para que elsistema produzca este resultado ptimo.

Evaluacin _Enelpaso 5 del diseo de siste-mas, los diseadores deben evaluar los resultadosobtenidos en elpaso 4.Losdiseadores deben veri-ficar que los costos de construccin y del ciclo de

vida sean aceptables para el cliente y que el sistemapropuesto satisfaga todos los objetivos y restric-ciones.

Anlisis econmico (o de valor) y deci-sin _ Durante los pasos anteriores, el anlisiseconmico se aplic a algunas partes del proyecto(vase la seccin 1.10). En el paso 6, sin embargo, elanlisis econmico debe aplicarse a todo el sistema.En este proceso pueden resultar cambios en partesdel sistema, produciendo un nuevo sistema, o di-versas alternativas para mejorar el diseo original.

Por esto, en los pasos 7 y 8 deben simularse yevaluarse los nuevos sistemas o al menos aquelloscon buenas posibilidades de ser los ptimos. Duran-te y despus de este proceso pueden concebirsealternativas completamente diferentes. A medidaque los pasos 4 al8 se repitan, se obtendrn nuevosconceptos.

Finalmente, en el paso 9, se deber seleccionar elmejor de los sistemas estudiados.

Diseo en equipos de trabajo (socieda-des o asociaciones) _Para lograr el funciona-miento ms productivo y exitoso del diseo desistemas de un proyecto de ingeniera civil, es muydeseable una organizacin de diseo superior a laque se utiliza en diseos tradicionales. Para el dise-o de sistemas se requiere que varios especialistasformen un equipo de diseo, con el fin de que todoscontribuyan con sus conocimientos y habilidades.

Una razn por la cual los especialistas debentrabajar juntos es que en el diseo de sistemas hayque tener en cuenta los efectos de cada componentesobre el funcionamiento de todo el proyecto, ascomo la interrelacin de los mismos. Otra razn es

que para lograr una mayor efectividad en costos, loscomponentes innecesarios deben eliminarse y don-de sea posible combinarse dos o ms componentes.Cuando los componentes son responsabilidad dediferentes especialistas, estas tareas slo puedenllevarse a cabo con facilidad cuando los especialis-tas estn en comunicacin directa e inmediata.

Adems de los consultores requeridos para lastareas rutinarias de diseo, el equipo de diseo debeapoyarse en ingenieros y analistas de costos, exper-tos en construccin, trabajadores en obra y usuariosexperimentados en operacin del tipo de proyec-to que se va a construir. Debido a la diversidadde habilidades que se presentan en estos equipos detrabajo, es altamente probable que se consideren

todas las posibilidades al tomar la decisin y por lotanto la probabilidad de error u omisin ser muypequea.

Revisin de proyecto por consultores -El equipo de diseo debe tener como norma lacomprobacin del resultado de las diversas discipli-nas al trmino de cada paso del diseo, en especialantes de su incorporacin en los documentos decontrato. La comprobacin del trabajo de cada dis-ciplina debe ser efectuada por un profesional com-petente en esa disciplina, que no sea el diseadororiginal, y revisada por directores y otros profesio-nales del ms alto rango. Estos ltimos deben ase-gurarse que los clculos, dibujos y especificacionesse encuentren sin errores, omisiones o contradiccio-nes entre componentes de la construccin.

Para proyectos que sean complicados, nicos ensu gnero o que tengan la probabilidad de efectosgraves si ocurre una falla, el cliente o el equipo dediseo puede considerar la conveniencia de solici-tar a consultores una revisin de los elementos cr-ticos del proyecto, o de todo el proyecto. En talescasos, la revisin debe ser dirigida por profesionalescon experiencia igualo mayor que la de los disea-dores originales, es decir, por consultores que seanindependientes del equipo de diseo, ya sean partede la misma empresa o de una organizacin externa.La revisin debe ser pagada por la organizacinque la solicite. En el proyecto puede incluirse lainvestigacin de las condiciones del sitio, cdigos yreglamentos gubernamentales aplicables, impactoambiental, supuestos de diseo, clculos, dibujos,especificaciones, diseos alternos, factibilidad deconstruccin y apego al programa de construccin.Los consultores no deben ser considerados como

competidores o reemplazos de los diseadores ori-ginales y debe haber un alto nivel de respeto ycomunicacin entre ambos grupos. Un informe delos resultados de la revisin debe enviarse a laoficina que expida la autorizacin y al jefe del per-sonal de construccin.

(ThePeerReviewManual,American ConsultingEngineers Council, 1015 15th St., NW, Washington,D.C.20005,y PeerReview,a ProgramCuidefor Mem-bersoftheAssociationofSoiland Foundation Engineers,ASFE, Silver Spring, MD.)

Aplicacin del diseo de sistemas _Eldiseo de sistemas puede usarse provechosamenteen todas las fasesdel diseo de un proyecto,pero es

Diseodesistemas.1.11ms ventajoso en las etapas iniciales. Un sistemapuede sustituirse por otro y eliminarse o combinarselos elementos en esas etapas, con poco o ningn costo.

En la fase de contratacin, el diseo de sistemasdebe aplicarse de preferencia slo a los detalles. Loscambios importantes generalmente son muy costo-sos. Los anlisis econmicos deben aplicarse a lasespecificaciones y al contrato de construccin por-que de tales estudios pueden obtenerse ahorrossignificativos.

El diseo de sistemas se debe aplicar en la etapade construccin nicamente cuando se requiera porcambios necesarios en planos o especificaciones. Eltiempo con que se cuenta en esta etapa quiz no seael suficiente para realizar estudios concienzudos,sin embargo el anlisis econmico deber aplicarsetanto como sea posible.

(R.L.Ackoffand M.W.Saseini,Fundamentals01OperationResearch,John Wiley & Sons, mc., NewYork;R. J.Aguilar,SystemsAnalysis and Design inEngineering,Architecture,Construction,andPlanning,Prentice-Hall, mc., Englewood Cliffs, N.J.; W. W.Caudill,ArchitecturebyTeam,Van Nostrand Rein-hold Company, New York; F. S. Merritt,BuildingEngineeringandSystemsDesign,Van Nostrand Rein-hold Company, New York; R. DeNeufville and J. H.Stafford,Systems Analysis for Engineers and Mana-gers,McGraw-Hill Book Company, New York.)

1.10 Ingeniera econmica

En el diseo de sistemas, la meta de los diseadoreses seleccionar el sistema ptimo, o el mejor, quesatisfaga las necesidades del diseo o cliente. An-tes que los diseadores empiecen a trabajar en unsistema, deben preguntarse si los requerimientosrepresentan las necesidades reales del cliente. Pue-den ser menos rigurosos los criterios y las normasque afectan el diseo? ste es el primer paso en laaplicacin de la ingeniera econmica a un proyecto.

Despus que los criterios y normas se reconside-raron, aprobaron o revisaron, los diseadores creanuno o ms sistemas para satisfacer los requerimien-tos y, despus, seleccionan un sistema para el anli-sis de costos. En seguida, se preguntan si el sistemaescogido proporciona el mejor valor al ms bajocosto. La ingeniera econmica es un procedimientomuy til para contestar interrogantes y seleccionarla mejor alternativa si es que la solucin del mismoindica que es la adecuada.

1.12 . SeccinunoLa ingeniera econmicaes la aplicacindel mtodo

cientfico para el estudio de los valores de los sistemas.(El mtodo cientfico se describi en la seccin 1.9)

El objetivo principal de la ingeniera econmica,tal como se aplica en los proyectos de ingenieracivil, es la reduccin de los costos inicial Ydel ciclode vida (seccin 1.6). En estos trminos, la ingenie-ra econmica se propone uno de los objetivos deldiseo de sistemas, que tiene como meta global laproduccin de un proyecto ptimo o el mejor (nonecesariamente el ms bajo en costos) y debe incor-porarse dentro del procedimiento del diseo desistemas, como se indica en la seccin 1.9.

A quienes dirigen o administran los estudioseconmicos, a menudo se les llama ingenieros oanalistas de costos. Ellos por lo regular se organizandentro de un grupo interdisciplinario, que encabezaun coordinador, para hacer los estudios econmicosde proyectos especficos. Sin embargo, a veces unindividuo, como por ejemplo un contratista experi-mentado, lleva a cabo los servicios de ingenieraeconmica por honorarios o por un porcentaje delos ahorros que logre realizar.

Anlisis de valor 8El valor es una medidade los beneficios anticipados de un sistema o de lacontribucin de un componente al funcionamientode un sistema.Estamedicin debe servir comoguacuando se evalan diversas alternativas de funcio-namiento de un sistema.Con referenciaa compara-cionesde sistemas,por logeneral seconsideran slovalores relativos; los valores tomados en cuentatienen ventajas y desventajas, los primeros se con-sideran positivos y los segundos negativos. En lascomparaciones de sistemas es posible por ello quelos valores de un componente de un sistema seannegativos y se resten del valor total del sistema.

Las evaluaciones de sistemas seran relativa-mente fcilessi el comportamiento de los sistemaspudiera siempre valuarse en trminos monetarios;en tal caso los costos y beneficios podran compa-rarse directamente. Sin embargo, los valores a me-nudo deben basarse en decisiones subjetivas delcliente. Por ejemplo, cunto ms est dispuestoel cliente a pagar por esttica, prestigio, mejoresrelaciones laborales y sociales? En consecuencia,otros valores no monetarios deben considerarse enelanlisiseconmico.TIesconsideracionesrequie-ren determinar la importancia relativa de losreque-rimientos del cliente y sopesar, segn el caso, losvalores.

El anlisis del valor o econmico es la parte delprocedimiento de la ingeniera econmica que sededica a investigar la relacin entre los costos y los va-lores de los componentes de un sistema, los sistemasy las alternativas de stos. El objetivo es proporcionaruna gua racional para seleccionar el sistema de msbajo costo que satisfaga las necesidades del cliente.

Escalas de medicin 8Para los propsitosdel anlisis del valor, es esencial que la caractersticade un componente o sistema al cual se le va asignarvalor, sea perfectamente identificable. Un analistadebe ser capaz de asignar diferentes cifras, no nece-sariamente monetarias, a los valores que son dife-rentes. Estas cifras pueden ser de las siguientescuatro escalas de medicin: relacin, intervalo, or-dinal y nominal.

Escala de relacin 8Esta escala tiene la pro-piedad de que si a cualquier caracterstica de unsistema se le asigna un valor numricok,a cualquiercaracterstica que sean veces ms grande se le debeasignar un valor numriconk.A la ausencia de lacaracterstica se le asigna el valor cero. Este tipo deescala se usa comnmente en ingeniera, en especialen las comparaciones de costos. Por ejemplo, si se leasigna un valor de $10 000 a un sistema A y $5000 aun sistema B,se dice entonces que A es el doble de B.

Escala de intervalos 8Esta escala tiene la

propiedad de que intervalos iguales entre valoresde la escala representan diferencias iguales en lascaractersticas que se midieron; la escala cero seasigna arbitrariamente. La escala Celsius de medi-cin de temperatura es un buen ejemplo de escalade intervalos. El cero se establece arbitrariamente

como la temperatura a la cual se congela el agua yno indica ausencia de calor. Al punto de ebullicindel agua se le asigna arbitrariamente el valor de 100.La escala entre Oy 100 se divide entonces en 100 in-tervalos iguales que se llaman grados ("C). A pesarde la arbitrariedad de la seleccin del punto cero, laescala es muy til en la medicin de calor. Porejemplo, el cambio de temperatura de un objeto de40 a 60"C, que es un incremento de 20"C, requieredos veces ms calor que el cambio de la temperaturade 45 a 55"C, que es un incremento de 10"C.

Escala ordinal 8Esta escala tiene la propie-dad de que la magnitud de un valor numricoasignado a una caracterstica indica si un sistema

tiene ms o menos de la caracterstica que otro, o sies igual con respecto a esa caracterstica. Por ejem-plo, en la comparacin de la privaca proporciona-da por diferentes tipos de muros en un edificio, acada tipo de muro pudo habrsele asignado unnmero que lo clasifique de acuerdo al grado deprivaa que proporciona. A muros que proporcio-nan mayor privaa se les dan nmeros ms altos.Las escalas ordinales se usan comrunente cuandolos valores deben basarse en juicios subjetivos dediferencias no cuantificables entre los sistemas.

Escala nominal _Esta escala tiene la propie-dad de que los valores numricos, asignados a unacaracterstica de los sistemas que se comparan, in-dican exclusivamente si los sistemas difieren en

sta, pero no puede asignrsele ningn valor a ladiferencia. Este tipo de escala se usa por lo generalpara indicar la presencia o ausencia de una caracte-rstica o componente. Por ejemplo, la ausencia demedios de acceso para el mantenimiento de unequipo puede representarse por un cero o un espa-cioen blanco, mientras que la presencia de tal accesopuede denotarse por un 1 o un x.

Ponderar _ En la prctica, el costo de cons-truccin es slo un factor, tal vez el nico con valor

Diseodesistemas.1.13monetario de muchos factores que pueden serevaluados en la comparacin de sistemas. Ocasio-nalmente algunas de las otras caractersticas delsistema pueden ser ms importantes para el due-o que los costos. En tales casos, la comparacinse hace utilizando la escala ordinal para clasificarcada caracterstica y posteriormente sopesar lascalificaciones de acuerdo a la importancia quepara el cliente tienen las caractersticas.

Como un ejemplo del uso de este procedimiento,se muestra en la tabla 1.1 el clculo para la compa-racin de dos muros divisorios para un edificio. Laalternativa 1 es un muro divisorio metlico; la alter-nativa 2 es de vidrio y metal.

En la tabla 1.1, en la primera columna, se listanlas caractersticas que interesan para hacer la com-paracin. Los nmeros de la segunda columna in-dican la importancia relativa para el cliente de cadacaracterstica:el1 denota laprioridad menor yellOla prioridad mayor. stos son valores. Adems, cadadivisin se clasifica usando la escala ordinal con 10

como el valor ms alto, de acuerdo con el grado queposee cada caracterstica. Esta clasificacin se listacon valores relativos en la tabla 1.1. Para costos de

construccin, por ejemplo, al muro divisorio met-lico se le asign un valor relativo de 10 y al muro

TABLA1.1 Comparacin de alternativas de las divisiones"

Alternativas

"ReUnpreso con autorizacin de F. S. Merritt,Building Engineering and Systems Design,Van Nostrand Reinhold Company, New York, N. Y.

1 2

Completamente metlica Vidrio y metal

Importancia Valor Valor Valor ValorCaractersticas relativa relativo ponderado relativo ponderado

Costos de construccin 8 10 80 8 64

Aspecto 9 7 63 9 81Transmisin del sonido 5 5 25 4 20Privacidad 3 10 30 2 6VlSibilidad 10 O O 8 80Movilidad 2 8 16 8 16Salidas elctricas 4 O O O ODurabilidad 10 9 90 9 90

Bajomantenimiento 8 7 56 5 40

Valores totales ponderados 360 397Costos $12 000 $15 000Relacin de valores a costo 0.0300 0.0265

1.14 . Seccinunovidrio-metal de 8,porque el costo del muro metlicoes un poco menor que el otro. En contraste, al murodivisorio vidrio-metal se le dio un valor relativo porvisibilidad de 8 porque la parte superior es transpa-rente, mientras que el muro metlico tiene un valorde Oporque es opaco.

Para completar la comparacin, la ponderacinde cada caracterstica se multiplica por el valorrelativo correspondiente a esa caracterstica en di-cho muro y se coloca en la tabla 1.1 como valor deponderacin. En lo que respecta a costos de cons-truccin, por ejemplo, los valores de ponderacinson para el muro divisorio metlico 8 x 10= 80,Ypara el muro divisorio vidrio-metal 8 x 8=64. Losvalores de ponderacin de cada muro se suman, loque resulta 360 para la alternativa 1 y 397 para laalternativa 2. A pesar de que esto indica que el murovidrio-metal es mejor, quizs no sea el mejor desdeel punto de vista del costo. A fin de determinar si loes, el valor de ponderacin de cada muro se divideentre su costo. Esto produce 0.0300 para el murometlico y 0.0265 para el otro. En estos trminos, elmuro divisorio metlico ofrece mayor beneficio conrespecto al dinero invertido y sera el recomendable.

Los clculos anteriores indican el siguiente pun-to: en la seleccin entre sistemas alternativos, sloson significativas las diferencias de valores del sis-tema y necesitan compararse.

Supongamos, por ejemplo, que necesita investi-garse el efecto econmico de adicionar aislamientotrmico para una edificacin. En una comparacin,no es necesario calcular el costo total del edificio con

o sin aislamiento. Por lo regular, basta restar el costoadicional del aislamiento trmico del decremento

en costo de calefaccin y enfriamiento, resultante dela adicin del aislamiento. El ahorro neto propicia-ra la adicin del aislamiento. De este modo puedellegarse a una decisin sin el clculo complejo delcosto total del edificio.

Procedimiento para el anlisis del valor. Para el anlisis del valor de un proyecto de inge-niera civil o de uno de sus subsistemas, es acon-sejable que el cliente o un representante de stedesignen un equipo interdisciplinario y un grupocoordinador que apruebe el proyecto o propongaotras alternativas ms econmicas.Elgrupo coordi-nador elige las metas del estudio y las prioridadesy puede designar los conjuntos de actividades parainvestigar partes del sistema de acuerdo con lasprioridades. Losanalistas econmicosdeben seguir

un procedimiento sistemtico y cientficoa fin derealizar las tareas necesarias que implica el anlisisdel valor.Elprocedimiento debe proporcionar:

Un formato expedito para registrar el avance de los.estudios

La certeza de que se consider toda la informacinnecesaria a pesar de que parte de la informacin nose hubiere considerado en el desarrollo del sistema

propuesto

Una resolucin lgica del anlisis, integrado porcomponentes que se pueden planear, programar,presupuestar y valorizar

La mayor reduccin del costo se obtiene porel anlisis de todos los componentes del sistemapropuesto. Sin embargo, esto por lo general no esprctico, debido al corto tiempo de que se disponeregularmente para el estudio y a que el costo delmismo se incrementa con el tiempo. Por ello, lainvestigacin debe concentrarse en los subsistemasdel proyecto cuyo costo es relativamente un altoporcentaje del costo total, ya que sus componentespresentan posibilidades de una reduccin significa-tiva del costo.

Durante lafaseinicial del anlisis del valor, losanalistas deben tener un conocimiento completodel proyecto y sus sistemas principales al realizaruna revisin rigurosa del programa, de la listade los requerimientos, del diseo propuesto y detoda la informacin pertinente. Ellos deben definirtambin las funciones o propsitos del componen-te que va a ser estudiado y estimar los costos deejecucin de funciones. De este modo, el analistarealiza un anlisis de sistemas, como se indic enla seccin 1.3 para los artculos que van a estudiar-se y estima los costos iniciales de las actividades ydel ciclo de vida.

En la segunda fase del anlisis del valor, losanalistas deben cuestionar la efectividad de costo de

cada componente que va a estudiarse (vase seccin1.11). Tambin, mediante el empleo del ingenio ytcnicas de creatividad, deben generar varias alter-nativas con el fin de que se realicen las funcionesque requieren los componentes. Luego de respon-der las preguntas de la seccin 1.3, los analistasdeben contestar las siguientes preguntas:

Eldiseo original y cada alternativa satisfacen lasnecesidades de funcionamiento?

Cul es el costo de instalacin y del ciclo de vidade cada componente?

Estar disponible cuando se necesite? Se encon-trar en su momento la mano de obra calificada?

Puede eliminarse algn componente?

Acul de los otros componentes afecta la adopcinde una alternativa? Cul ser el resultado de cam-bios que se hagan en los costos de otros componen-tes? Habr un ahorro neto en el costo?

Cuando se est investigando la eliminacin de uncomponente, los analistas deben considerar si puedeeliminarse una parte; si dos o ms partes se combinanen una y si pueden reducirse los diferentes tiposde elementos y su tamao. En caso de que puedenincrementarse los costos por utilizar elementos noestandarizados o no disponibles, los analistas debenpensar en una alternativa ms apropiada. Adems, sedebe tomar en cuenta la simplificacin de la construc-cin o instalacin de los componentes y cierta facili-dad de mantenimiento y reparacin.

En la siguiente fase del anlisis econmico, losanalistas deben evaluar crticamente el diseo ori-

ginal y las alternativas. La meta ltima debe ser laaprobacin del diseo original o de una alternativa,la que ofrezca el mayor valor y presente mayorposibilidad de ahorro. Los analistas deben presen-tar tambin los costos estimados para el diseooriginal y las alternativas.

En la fase final, los analistas deben preparar ypresentar al cliente o a los representantes de ste unreporte escrito sobre el estudio, las recomendacio-nes resultantes y las memorias de clculo que con-tengan la informacin de apoyo en detalle.

(E.D. Heller,ValueManagement:ValueEnginee-ringandCostReduction,Addison-WesleyPublishingCompany, Inc., Reading, Mass.; L. D. Miles,Techni-quesofValueAnalysisand Engineering,McGraw-HillBookCompany, New York;A. Mudge,ValueEngi-neering,McGraw-Hill Book Company, New York;M. C. Macedo, P. V. Dobrow, and J. J. O'Rourke,ValueManagementfor Construction,Jolm Wlley &Sons, Inc., New York.)

1.11 Comparacioneseconmicas de sistemasalternativos

En la evaluacin de sistemas, los diseadores oingenieros deben tener en cuenta no slo los costos

Diseodesistemas. 1.15iniciales y del ciclo de vida, sino la recuperacinque el cliente desea obtener sobre la inversin enel proyecto. Primeramente, a un cliente le gusta-ra maximizar la utilidad, los beneficios o ingresosacumulados menos los costos globales. Tambin legustara al cliente garantizar que la tasa de recupe-racin, la relacin beneficio-inversin, es mayor quetodo lo siguiente:

Tasa de rendimiento que se estima de otras oportu-nidades de inversin disponibles

Tasa de inters al pedir dinero en prstamo

Tasa de pagars o certificados del gobierno

Tasa de rendimiento de acciones de corporaciones

Al cliente le conciernen las tasas de inters por-que todos los costos representan dinero que se tie-ne que pedir prestado o invertirse de algn modo auna tasa de inters corriente. Al cliente le importaasimismo el tiempo, medido desde la fecha en quese hace la inversin, porque los costos por interesescrecen con el tiempo. Por tanto, en las comparacio-nes econmicas de sistemas debe tenerse en cuenta

la tasa de inters y el tiempo. (Los efectos de lainflacin monetaria pueden considerarse en la mis-ma forma que el inters.)

Una comparacin econmica de alternativas re-quiere por lo general la evaluacin del capital inicialinvertido, el valor de rescate despus de variosaos, el gasto anual y el ingreso anual. En virtud deque cada elemento en tales comparaciones debeasociarse con diferentes vidas tiles que se esperande los otros elementos, los distintos tipos de costose ingresos deben medirse reducindolos a una basecomn. Esto se hace por:

1. La conversin de todos los costos e ingresos a uncosto anual uniforme equivalente

2. La conversin de todos los costos e ingresos a unvalor presente en un tiempo cero

El valor presenteesel dinero que, invertido en untiempocero,produciraenun tiempoposteriorrequeridocostose ingresosa una tasade intersespecfica.(Encomparaciones econmicas, la conversin debe ba-sarse en una tasa de recuperacin de la inversinque sea atractiva para el cliente. sta no debe sermenor que la tasa de inters que pagara el clientesi el monto