MANUAL

2. Contenido
Colaboradoresxxiii
Acercadeloseditores xxv
Prólogo xxvii
Sección
1. Diseño
desistemas
porFrederick
S.Merritt 1.1
1.1 Normas generales para el desempeño de la profesión de ingeniero civil / 1.1
1.2 Sistemas / 1.2
1.3 Análisis de sistemas / 1.3
1.4 Metas, objetivosy criterios / 1.4
1.5 Restriccionesy normas / 1.4
1.6 Costos de construcción / 1.5
1.7 Modelos / 1.5
1.8 Optimización / 1.6
1.9 Procedimiento para el diseño de sistemas / 1.8
1.10 Ingeniería económica / 1.11
1.11 Comparaciones económicasde sistemas alternativos /1.15
1.12 Administración de riesgo / 1.17
Sección
2. Administración
deltrabajo
dediseñoporFrank
Muller 2.1
2.1 ¿Endónde se emplean los ingenieros civiles? /2.1
2.2 Formas de organización de ingenieros asesores / 2.3
2.3 Clientes de los serviciosde ingeniería / 2.5
2.4 Alcancede los serviciosde ingeniería / 2.6
2.5 Selecciónde asesores / 2.8
2.6 Contratos y honorarios por serviciosde diseño / 2.9
2.7 Administración del diseño de un proyecto / 2.11
2.8 Métodos y normas de proyecto /2.12
2.9 Control de calidad del proyecto / 2.13
2.10 Programación del diseño / 2.13
2.11 Control de producción / 2.14
2.12 Organización interna de una empresa de diseño / 2.14
2.13 Asociacionesprofesionales / 2.19
Sección
3. Especificaciones
por
Ted
E.Robbins 3.1
3.1 Composición de especificaciones/ 3.1
3.2 Documentos de contrato y procedimientos para contratar / 3.2
3.3 Tipos de contratos / 3.4
3.4 Especificacionesestándar / 3.6
3.5 Especificacionesmaestras / 3.6
3.6 Disposicionesgenerales de las especificaciones/ 3.7
3.7 Especificacionestécnicas / 3.12
3.8 Publicacionesy adjudicaciones de contratos / 3.16
3.9 Redacciónde las especificaciones:estilo y forma / 3.18
3.10 Procesamiento automatizado de palabras de especificaciones / 3.22
V

3. vi . Contenido
3.11 Ejemplo de una especificación estándar y su modificación mediante
una disposición especial / 3.22
3.12 Ejemplo de una especificación técnica completa / 3.24
3.13 Cualidades de los ingenieros que elaboran especificaciones / 3.29
Sección 4. Administración
deconstruccionesporJonathan
T.Ricketts
4.1 Labores de una administración de construcciones / 4.2
4.2 Organización de las firmas de la construcción / 4.3
4.3 Naturaleza e importancia de una propuesta / 4.9
4.4 Contratos principales / 4.9
4.5 Subcontratos / 4.10
4.6 Investigaciones y observaciones en el sitio antes de licitación / 4.12
4.7 Estimación de costos de construcción / 4.12
4.8 Teneduría de libros y contabilidad / 4.17
4.9 Programación de un proyecto / 4.19
4.10 Papel del gerente de proyecto / 4.25
4.11 Papel del superintendente de campo / 4.27
4.12 Órdenes de compra / 4.27
4.13 Seguridad en el trabajo / 4.28
4.14 Órdenes de cambio / 4.28
4.15 Reclamaciones y litigios / 4.29
4.16 Seguros / 4.29
4.17 Fianzas / 4.33
Sección5. Materiales
paraconstrucción porL.Reed
Brantley
y RuthT.Brantley
Materiales cementos os
5.1 Tipos de materiales cementosos / 5.1
5.2 Cementos portland / 5.2
5.3 Otros tipos de cementos hidráulicos / 5.4
5.4 Morteros y lechadas / 5.9
5.5 Tipos de concreto / 5.11
5.6 Concretos de cemento portland / 5.12
5.7 Refuerzo de fibras para concreto / 5.23
5.8 Concreto de polúneros / 5.24
5.9 Concreto bituminoso y otros compuestos de asfalto / 5.24
5.10 Referencias sobre materiales cementosos / 5.25
Materiales metálicos
5.11 Deformación de los metales / 5.26
5.12 Mecanismos para reforzar los metales / 5.27
5.13 Aceros estructurales / 5.29
5.14 Láminas y perfiles de acero para aplicaciones estructurales / 5.44
5.15 Cable de acero para aplicaciones estructurales / 5.45
5.16 Aleaciones de aluminio / 5.46
5.17 Aleaciones de base de cobre / 5.49
5.18 Compuestos metálicos de alta calidad / 5.51
5.19 Referencias de metales / 5.52
Unidades de albañileria y losetas
5.20 Unidades de hormigón para mampostería / 5.52
5.21 Ladrillos de arcilla o pizarra / 5.53
4.1
5.1

4. Contenido
.vii
5.22 Losetas de arcilla estructural / 5.53
5.23 Losetas de cerámica / 5.53
5.24 Terracotaestructural / 5.55
5.25 Albañilería de piedra / 5.55
Materiales orgánicos
5.26 Madera / 5.58
5.27 Plásticos / 5.61
5.28 Elastómeroso hules sintéticos / 5.66
5.29 Materiales geosintéticos / 5.67
5.30 Referenciade materiales orgánicos / 5.69
Sellosdejuntas
5.31 Compuestos de calafateo / 5.70
5.32 Selladores / 5.70
5.33 Juntas de empaque / 5.71
5.34 Referenciasde sellos de junta / 5.71
Pinturas y otros recubrimientos
5.35 Pinturas / 5.71
5.36 Acabados comerciales / 5.72
5.37 Recubrimientosindustriales / 5.72
5.38 Secadores,adelgazadores y pigmentos para pinturas / 5.73
5.39 Referenciasde pinturas y recubrimientos / 5.74
Materialescompuestos
5.40 TIposde materiales compuestos / 5.74
5.41 Sistemas matriciales / 5.75
5.42 Sistemasemparedados / 5.75
5.43 Materiales compuestos de filamento continuo / 5.75
5.44 Laminados de alta presión / 5.76
5.45 Caucho laminado / 5.77
5.46 Referenciasde materiales compuestos / 5.77
In8uenciasambientales
5.47 Efectostérmicos / 5.77
5.48 Corrosión y oxidación / 5.78
5.49 Control de degradación y prevención / 5.79
5.50 Irradiación / 5.81
5.51 Referenciasde influencias ambientales / 5.82
Sección 6. Teoríaestructural porFrederick
S.Merritt
6.1 Integridad estructural / 6.1
6.1
Equilibrio
6.2 TIposde cargas / 6.2
6.3 Equilibrioestático / 6.3
Esfuerzoy deformación
6.4 Esfuerzo y deformación unitaria / 6.4
6.5 Relacionesesfuerzo-deformación / 6.4

5. x . Contenido
6.82 Impacto y cargas repentinas / 6.107
6.83 Análisis dinámico de estructuras simples / 6.109
6.84 Resonancia y amortiguamiento / 6.112
6.85 Diseño aproximado por carga dinámica / 6.115
Sección7. Ingeniería
geotécnicaporMohamad
H.Hussein
y Frederick
S.Merritt
7.1 Lecciones derivadas de litigios y fallas en la construcción / 7.2
7.2 Clasificación de suelos y rocas / 7.2
7.3 Propiedades físicas de suelos / 7.9
7.4 Parámetros índice de suelos / 7.9
7.5 Proyección de propiedades de suelos / 7.10
7.6 Investigación del sitio / 7.16
7.7 Condiciones peligrosas del sitio y las cimentaciones / 7.20
Cimentaciones poco profundas
7.8 Tipos de zapatas / 7.23
7.9 Enfoque al análisis de cimentaciones / 7.24
7.10 Análisis de estabilidad de las cimentaciones / 7.26
7.11 Distribución de esfuerzo bajo zapatas / 7.30
7.12 Análisis de asentamientos en suelos cohesivos / 7.30
7.13 Análisis de asentamientos de arena / 7.33
7.1
Cimentacionesprofundas
7.14 Aplicaciones de pilotes / 7.36
7.15 Tiposde pilotes / 7.36
7.16 Equipo para hincar pilotes / 7.40
7.17 Conceptos de diseño de pilotes / 7.44
7.18 Análisis estático y prueba de pilotes / 7.48
7.19 Prueba y análisis dinámicos de pilotes / 7.58
7.20 Notas de especificaciónde pilotes / 7.67
7.21 Fustes colados / 7.68
Métodos de retención para excavación
7.22 Cajones / 7.75
7.23 Diques y bordos de tierra / 7.79
7.24 Diques temporales para excavación / 7.79
7.25 Solidificación de suelos / 7.85
7.26 Presiones laterales activas en muros de retención / 7.87
7.27 Presión lateral pasiva en muros de retención y anclas / 7.94
7.28 Presión vertical del suelo en tuberías / 7.97
7.29 Métodos para drenar las excavaciones / 7.99
Recalzado
7.30 Procedimientos de recalce /7.103
7.31 Puntales / 7.104
7.32 Agujas y horquillas / 7.105
7.33 Recalzado con pozos / 7.106
7.34 Recalzado con pilotes / 7.106
7.35 Métodos diversos de recalzado / 7.108
Mejoramiento de los suelos
7.36 Estabilización mecánica de los suelos / 7.109

6. Contenido.xi
7.37 Estabilización ténnica de suelos / 7.113
7.38 Estabilización química de suelos / 7.113
7.39 Materiales geosintéticos / 7.114
Seccion 8. Diseñoy construcción con concreto porCharlesH.Thomton,
l. Paul Lew y Aine M. Brazil
8.1 Propiedades importantes del concreto / 8.1
8.2 Concreto ligero / 8.5
8.3 Concreto pesado / 8.6
8.1
Fabricacióndel concretoestructural
8.4 Establecimientode la proporción y mezcla del concreto / 8.6
8.5 Colocacióndel concreto / 8.10
8.6 Acabado de superficies de concreto irregulares / 8.11
8.7 Cimbras para el concreto / 8.12
8.8 Curado del concreto / 8.13
8.9 Colado del concreto en climas fríos / 8.15
8.10 Preparación del concreto en climas cálidos / 8.17
8.11 Juntas para contraccióny dilatación / 8.18
8.12 Refuerzos del acero en el concreto / 8.19
8.13 Tendones / 8.25
8.14 Fabricaciónde miembros de concreto presforzado / 8.27
8.15 Concreto precolado / 8.31
8.16 Construcción de losas precoladas de izar / 8.32
Diseñode miembrosde concretoa Dexión
8.17 Teoríade la resistencia última para vigas de concreto reforzado / 8.33
8.18 Teoríade esfuerzos de trabajo para vigas de concreto reforzado / 8.36
8.19 Cálculos y criterios para la deflexión para vigas de concreto / 8.37
8.20 Diseñode resistenciaúltima de vigas rectangulares
con refuerzo solamente para tensión / 8.38
8.21 Diseñopor esfuerzo de trabajo para vigas rectangulares sólo
con refuerzo para tensión / 8.44
8.22 Cortes y puntos de doblez de varillas / 8.46
8.23 Losas armadas en una dirección / 8.46
8.24 Vigasrectangulares con varillas para compresión:
diseño por resistencia última / 8.47
8.25 Vigasrectangulares con varillas para compresión:
diseño por esfuerzo de trabajo / 8.48
8.26 Diseño por resistencia última de vigas 1y T / 8.50
8.27 Diseñopor esfuerzo de trabajo de vigas 1y T / 8.50
8.28 Torsiónen elementos de concreto armado / 8.52
8.29 Losas de dos direcciones / 8.53
8.30 Cartelas y ménsulas / 8.60
Miembrosa compresiónde concreto
8.31 Refuerzo de columnas / 8.62
8.32 Efectosde la esbeltez de las columnas / 8.63
8.33 Diseño de columnas por resistencia última / 8.66
8.34 Diseño de columnas por esfuerzo de trabajo / 8.69
8.35 Muros / 8.69
8.36 Columnas compuestas / 8.71

7. xii .Contenido
Concreto presforzado
8.37 Principios básicos del concreto presforzado / 8.71
8.38 Pérdidas en el presforzado / 8.72
8.39 Esfuerzos permisibles en el concreto presforzado / 8.74
8.40 Diseño de vigas de concreto presforzado / 8.75
Muros de retención
8.41 Muros de gravedad de concreto / 8.81
8.42 Muros de contención en voladizo / 8.83
8.43 Muros de retención de contrafuerte / 8.85
Zapatas
8.44 Tipos de zapatas / 8.86
8.45 Transferenciade esfuerzos de las columnas a las zapatas / 8.87
8.46 Zapatas para muros / 8.88
8.47 Zapatas ampliadas para una sola columna / 8.89
8.48 Zapatas combinadas / 8.91
8.49 Zapatas ligadas o en voladizo / 8.92
8.50 Zapatas sobre pilotes / 8.93
Marcosy cascarones
8.51 Análisis estructural de marcos y cascarones / 8.93
8.52 Marcos rígidos de concreto / 8.95
8.53 Arcos de concreto / 8.100
8.54 Placasplegadas de concreto / 8.100
8.55 Cascarones de concreto / 8.104
Sección9. Diseño
yconstrucción
conacero
estructural
porRoger
L.Brockenbrough 9.1
9.1 Propiedades de los aceros estructurales / 9.1
9.2 Resumen de aceros estructurales disponibles / 9.2
9.3 Perfilesde acero estructural / 9.8
9.4 Selecciónde aceros estructurales / 9.8
9.5 Toleranciaspara las formas estructurales / 9.9
9.6 Especificacionesde diseño para el acero estructural / 9.9
9.7 Métodos de diseño para acero estructural / 9.11
9.8 Límites dimensionales para los miembros de acero / 9.12
9.9 Tracciónpermisible en el acero / 9.13
9.10 Esfuerzocortante permisible en el acero / 9.15
9.11 Compresión permisible en el acero / 9.18
9.12 Esfuerzosy cargas permisibles en flexión / 9.20
9.13 Trabesarmadas / 9.25
9.14 Limitacionespor la deflexión / 9.31
9.15 Consideraciones por encharcamiento en edificios / 9.32
9.16 Esfuerzos y cargas permisibles de apoyo / 9.32
9.17 Esfuerzos combinados de tensión o compresión axial y de flexión / 9.34
9.18 Almas bajo cargas concentradas / 9.35
9.19 Diseño de atiesadores bajo cargas / 9.36
9.20 Diseño de vigas por torsión / 9.37
9.21 Esfuerzos de viento y sísmicos / 9.38
9.22 Resistenciaa la fatiga de las componentes estructurales / 9.38
9.23 Transferenciade carga y esfuerzos en soldaduras / 9.39
9.24 Esfuerzospara pernos / 9.40

8. xii . Contenido
Concreto presforzado
8.37 Principios básicos del concreto presforzado / 8.71
8.38 Pérdidas en el presforzado / 8.72
8.39 Esfuerzos permisibles en el concreto presforzado / 8.74
8.40 Diseño de vigas de concreto presforzado / 8.75
Muros de retención
8.41 Muros de gravedad de concreto / 8.81
8.42 Muros de contención en voladizo / 8.83
8.43 Muros de retención de contrafuerte / 8.85
Zapatas
8.44 TIposde zapatas / 8.86
8.45 Transferenciade esfuerzos de las columnas a las zapatas / 8.87
8.46 Zapatas para muros / 8.88
8.47 Zapatas ampliadas para una sola columna / 8.89
8.48 Zapatas combinadas / 8.91
8.49 Zapatas ligadas o en voladizo / 8.92
8.50 Zapatas sobre pilotes / 8.93
Marcosy cascarones
8.51 Análisis estructural de marcos y cascarones / 8.93
8.52 Marcos rígidos de concreto / 8.95
8.53 Arcos de concreto / 8.100
8.54 Placasplegadas de concreto / 8.100
8.55 Cascarones de concreto / 8.104
Sección 9. Diseñoy construcción con acero estructural porRoger
L.Brockenbrough 9.1
9.1 Propiedades de los aceros estructurales / 9.1
9.2 Resumen de aceros estructurales disponibles / 9.2
9.3 Perfilesde aceroestructural / 9.8
9.4 Selecciónde aceros estructurales / 9.8
9.5 Toleranciaspara las formas estructurales / 9.9
9.6 Especificacionesde diseño para el acero estructural / 9.9
9.7 Métodos de diseño para acero estructural / 9.11
9.8 Límites dimensionales para los miembros de acero / 9.12
9.9 Tracciónpermisible en el acero / 9.13
9.10 Esfuerzocortante permisible en el acero / 9.15
9.11 Compresión permisible en el acero / 9.18
9.12 Esfuerzosy cargas permisibles en flexión / 9.20
9.13 Trabesarmadas / 9.25
9.14 Limitacionespor la deflexión / 9.31
9.15 Consideraciones por encharcamiento en edificios / 9.32
9.16 Esfuerzos y cargas permisibles de apoyo / 9.32
9.17 Esfuerzos combinados de tensión o compresión axial y de flexión / 9.34
9.18 Almas bajo cargas concentradas / 9.35
9.19 Diseño de atiesadores bajo cargas / 9.36
9.20 Diseño de vigas por torsión / 9.37
9.21 Esfuerzos de viento y sísmicos / 9.38
9.22 Resistenciaa la fatiga de las componentes estructurales / 9.38
9.23 Transferenciade carga y esfuerzos en soldaduras / 9.39
9.24 Esfuerzospara pernos / 9.40

9. Contenido.xiii
9~
9~
9»
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9~
9~
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9~
9~
~M
9~
9~
Construcción compuesta / 9.43
Arriostramiento / 9.49
Elementos mecánicospara sujeción / 9.52
Conexiones soldádas / 9.53
Combinación de sujetadores / 9.54
Empalmes de columnas / 9.54
Empalmes para vigas / 9.54
Montaje del icero estructural / 9.56
Espacioslibres y tolerancia para montaje de vigas / 9.59
Protección del acero contra fuego / 9.62
Proteccióndel acero contra la corrosión / 9.65
Empalmes con pernos en aceros estructurales sin aislar / 9.66
Sección10. Diseñoy construcción
conaceroconformado
en frío porDonS. Wolford 10.1
10.1 Fabricación de perfiles conformados en frío / 10.1
10.2 Aceros para perfiles conformados en frío / 10.2
10.3 Tipos de perfiles conformados en frío / 10.2
lOA Principios de diseño para secciones conformadas en frío / 10.3
10.5 Comportamiento estructural de elementos planos a compresión / 10.3
10.6 Elementos no reforzados sujetos a pandeo local / 10.6
10.7 Elementos reforzados sujetos a pandeo local / 10.7
10.8 Relaciones máximas entre ancho a espesor para elementos
conformados en frío / 10.10
10.9 Esfuerzos unitarios para acero conformado en frío /10.10
10.10 Vigas conformadas en frío no soportadas lateralmente /10.10
10.11 Carga permisible de corte en almas /10.11
10.12 Elementos de compresión concéntricamente cargados / 10.11
10.13 Esfuerzos de flexión y axiales combinados / 10.13
10.14 Soldadura de acero conformado en frío /10.13
10.15 Soldadura de arco para acero conformado en frío / 10.13
10.16 Soldadura por resistencia en acero conformado en frío / 10.17
10.17 Atornillado de elementos de acero conformados en frío / 10.19
10.18 Pijas para la unión de elementos de calibre ligero / 10.23
Cubiertas para techo y pisos de acero
10.19
10.20
10.21
10.22
10.23
Tipos de cubiertas para techos de acero / 10.24
Capacidad de carga de las cubiertas para techos de acero / 10.24
Detalles y accesorios para techos de acero / 10.26
Cubiertas compuestas para pisos / 10.26
Piso celular de acero y paneles para techos / 10.27
Vigas de acero de alma abierta
10.24 Fabricación de vigas / 10.30
10.25 Diseño de pisos con vigas de alma abierta / 10.32
10.26 Detalles de construcción para vigas de acero de alma abierta / 10.32
Construcciones de acero prediseñadas y prefabricadas
10.27 Características de construcciones de acero prediseñadas / 10.32
10.28 Diseño estructural de edificios prediseñados / 10.33
Diseño estructural de tubos de acero acanalados
10.29 Tubo de acero acanalado / 10.34

10. xiv . Contenido
10.30 Tubos de placa estructural / 10.35
10.31 Diseño de alcantarillas / 10.36
10.32
10.33
10.34
10.35
Otros tipos de construcciones ligeras de acero
Pisos de acero de peso ligero para puentes / 10.39
Guardarriel tipo viga / 10.40
Pared de retención tipo caja / 10.40
Láminas de retención de acero ligero / 10.42
Sección
11. Diseño
yconstrucción
conmaderaporMaurice
J.Rhude 11.1
11.1 Características básicas de uso / 11.2
11.2 Valores de diseño para madera aserrada y madera para construcción / 11.8
11.3 Clasificación estructural de la madera / 11.10
11.4 Factores de ajuste para valores de diseño /11.10
11.5 Soporte lateral de armazones de madera / 11.18
11.6 Fabricación de elementos estructurales de madera de construcción /11.19
11.7 Fabricación de piezas laminadas encoladas / 11.21
11.8 Montajes de madera / 11.23
11.9 Recomendaciones de diseño / 11.25
11.10 Elementos en tensión de madera / 11.28
11.11 Columnas de madera / 11.29
11.12 Diseño de piezas de madera en flexión / 11.30
11.13 Deflexión y contra flecha de vigas de madera / 11.34
11.14 Sustentación en elementos de madera / 11.35
11.15 Esfuerzos co~binados en elementos de madera / 11.36
11.16 Características de elementos mecánicos de unión / 11.37
11.17 Valores de diseño y factores de ajuste para herrajes de sujeción / 11.44
11.18 Uniones encoladas / 11.49
11.19 Detalles de armadura estructural de madera / 11.50
11.20 Diseño de armazones de madera / 11.52
11.21 Diseño de arcos de madera / 11.56
11.22 Cubiertas de madera de construcción / 11.57
11.23 Construcciones con postes redondos / 11.59
11.24 Paneles estructurales de madera / 11.60
11.25 Tratamientos para preservar la madera / 11.65
Sección
12. Topografía
porRoy
Minnick 12.1
12.1 Tiposdelevantamientos
/ 12.1
12.2 Fuentes y organizaciones de levantamientos / 12.2
12.3 Unidades de medición / 12.2
12.4 Teoríade los errores / 12.3
12.5 Cifras significativas / 12.4
12.6 Medición de distancias / 12.4
12.7 Nivelación / 12.6
12.8 Control vertical / 12.9
12.9 Brújulamagnética / 12.9
12.10 Rumbos yazimuts / 12.10
12.11 Control horizontal / 12.11
12.12 Estadia"/ 12.13
12.13 Levantamientos conplancheta / 12.16
12.14 Trabajosde levantamiento topográficos / 12.18
12.15 Posicionamientocon SatéliteDoppler / 12.18

11. Contenido.xv
12.16
12.17
12.18
12.19
Sistema de posicionamiento global (GPS) / 12.19
Levantamientos inerciales / 12.20
Fotogrametría / 12.21
Bibliografía / 12.25
Sección
13. Movimiento
detierrasporCharles
H.Sain
yG.William
Quinby
13.1 TIposde excavación /13.1
13.2 Equipo básico para excavaciones/ 13.2
13.3 Seleccióndel equipo básico / 13.3
13.4 Equipo general para excavacióny compactación / 13.4
13.5 Palas mecánicas,cucharas de arrastre, cucharones de almeja
y retroexcavadoras / 13.6
13.6 Cargadores frontales / 13.10
13.7 Tractoresy accesoriospara tractores / 13.11
13.8 Niveladoras / 13.12
13.9 Fórmulas para movimiento de tierras / 13.15
13.10 Producción con niveladoras / 13.16
13.11 Producción del bulldozer/ 13.18
13.12 Tracción/13.19
13.13 Estimación del tiempo de cicloy eficienciadel trabajo / 13.20
13.14 Diagrama de masas / 13.21
13.15 Perforación para excavaciónen roca / 13.23
13.16 Explosivospara excavaciónen roca / 13.24
13.17 Voladuras para excavaciónen roca / 13.26
13.18 Control de la vibración en voladuras / 13.32
13.19 Compactación / 13.36
13.20 Dragado / 13.39
13.21 Bibliografíade movimiento / 13.41
13.1
Sección 14. Planeación localy regional por WilliamN.Lane 14.1
Planteamiento básico y organización de la planeación
14.1 Necesidad y justificación de la planeación / 14.1
14.2 Niveles de planeación: a nivel vecindario, comunitario y regional / 14.2
14.3 Estructura y organización de las agencias de planeación / 14.3
14.4 Planteamiento básico y metodología en la planeación / 14.4
14.5 Información pública y participación ciudadana / 14.6
14.6 Proyecciones y pronósticos / 14.8
Recursos y calidad del ambiente
14.7
14.8
14.9
14.10
14.11
14.12
14.13
Suelos, geología y característicasdel suelo / 14.11
Recursoshidráulicos y abastecimiento /14.13
Desagüe e inundaciones / 14.14
Calidad del agua y eliminación de desechos /14.16
Calidad del aire / 14.19
Recreaciónal aire libre y espacios abiertos / 14.19
Diseño y estética urbanos /14.21
Planeación de usos de suelo
14.14 Uso de suelo para vivienda y residencial / 14.24
14.15 Terrenospara áreas comerciales / 14.26
14.16 Industria / 14.29

12. xvi . Contenido
14.17 Instituciones e instalaciones locales / 14.30
14.18
14.19
14.20
Sistemas de servicios públicos y de transporte
Planeación del área de servicios / 14.32
Planeación de sistemas de servicios públicos / 14.34
Planeación de los sistemas de transporte /14.36
Herramientas y técnicas de implantación
14.21
14.22
14.23
14.24
14.25
Planes integrales y funcionales / 14.40
Reglamentos de fraccionamientoy subdivisión / 14.41
Programas de obra y financiamiento / 14.44
Otros instrumentos de implementación / 14.45
Bibliografía/ 14.45
Sección 15. Ingeniería de edificación porFrederick
S.Merritt 15.1
15.1
15.2
15.3
15.4
15.5
15.6
15.7
15.8
15.9
15.10
15.11
15.12
15.13
15.14
15.15
15.16
15.17
15.18
15.19
15.20
15.21
15.22
15.23
15.24
15.25
15.26
15.27
15.28
15.29
15.30
15.31
15.32
15.33
15.34
15.35
Influenciade la planificación en el diseño de edificios / 15.1
Códigos de construcción / 15.2
Proteccióncontra incendio en edificios / 15.2
Cargas de diseño para edificios / 15.5
Cargas factorizadas / 15.16
Medida modular / 15.17
Sistemasestructurales / 15.17
Arriostramiento para fuerzas laterales / 15.22
Método del portal / 15.26
Método de viga voladiza / 15.26
Cubierta para pisos / 15.27
Muros de mampostería / 15.28
Bloquesde vidrio / 15.32
Muros de cortinas / 15.32
Muros divisorios /15.35
Ventanas / 15.35
Vidriado / 15.38
Puertas / 15.41
Cubiertas para techos /15.48
Tapajuntas / 15.50
Impermeabilización / 15.51
Escaleras / 15.55
Escaleraseléctricas / 15.57
Elevadores / 15.58
Flujode calor y aislamiento térmico / 15.61
Prevención de condensación / 15.62
Calefacción / 15.63
Acondicionamiento de aire / 15.67
Ventilación/ 15.72
Energía eléctricapara edificios / 15.73
Iluminación eléctricapara edificios / 15.75
Instalaciones sanitarias / 15.80
Sistemasde rociadores contra incendio / 15.83
Tuberíaspara agua caliente y fríaen edificios / 15.84
Acústica / 15.87

13. Contenido
. xvii
Sección16. Ingenieríade caminos por DemetriosE. Tonias
16.1 Clases de caminos / 16.1
16.1
16.2
16.3
16.4
16.5
16.6
16.7
16.8
16.9
16.10
16.11
16.12
Elementos de las secciones transversales de los caminos
Carriles de circulación / 16.4
Pendientes transversales de las carreteras / 16.5
Tipos de superficies de las carreteras / 16.5
Acotamientos / 16.6
Guarniciones / 16.8
Aceras / 16.9
Barreras para el tráfico / 16.10
Franja central de las carreteras / 16.14
Orilla de la carretera / 16.16
Derecho de vía / 16.18
Superelevación / 16.18
Alineaciones de carreteras
16.13 Alineación horizontal / 16.20
16.14 Alineación vertical / 16.23
Drenaje de la carretera
16.15 Frecuenciade tormentas yescurrimiento / 16.27
16.16 Drenajesuperficial / 16.27
16.17 Drenajesubsuperficial / 16.30
16.18
16.19
16.20
16.21
16.22
16.23
16.24
Superficies de los caminos
Superficiesno tratadas de caminos / 16.31
Superficies estabilizadas de caminos / 16.33
Superficies de caminos y capas base de macadam / 16.34
Tratamientos superficiales / 16.35
Pavimentos flexibles / 16.36
Pavimentos flexiblesalternativos / 16.45
Pavimentos rígidos / 16.47
Intersecciones e intercambios de carreteras
16.25 Interseccionesa nivel / 16.51
16.26 Intercambios de caminos / 16.55
Control del tráfico y provisiones de seguridad
16.27 Dispositivos para control del tráfico / 16.64
16.28 Sistemasde caminos para vehículos inteligentes / 16.66
16.29 Alumbrado de carreteras / 16.67
Mantenimiento y rehabilitación de los caminos
16.30 Mantenimiento de los pavimentos de asfalto / 16.69
16.31 Mantenimiento de l~s pavimentos de concreto de cemento portland / 16.70
16.32 Sistemas de administración del pavimento (PMS) / 16.71

14. xviii . Contenido
Sección17. Ingeniería
depuentesporJames
E.Roberts
ySteven
L.Mellon
Consideraciones generales de diseño
17.1 Tipos de puentes / 17.1
17.2 Especificaciones de diseño / 17.1
17.3 Cargas de diseño para puentes / 17.2
17.4 Dimensionamiento de miembros y secciones de puentes / 17.10
Puentes de acero
17.5
17.6
17.7
17.8
17.9
17.10
17.11
17.12
17.13
17.14
17.15
17.16
17.17
17.18
Sistemas empleados para puentes de acero / 17.10
Calidad y esfuerzo permitidos para acero para puentes / 17.10
Conexiones de acero en puentes / 17.15
Apoyos de puentes / 17.16
Puentes de viga roladas /17.16
Puentes de trabes armadas / 17.17
Puentes de trabe compuesta / 17.21
Diseño por fatiga de los miembros del puente /17.22
Puentes de piso ortotrópico /17.23
Puentes de armadura / 17.29
Puentes colgantes / 17.32
Puentes atirantados / 17.38
Puentes de arco de acero / 17.46
Trabes de acero horizontalmente curvas / 17.48
Puentes de concreto
17.19
17.20
17.21
17.22
17.23
Puentes de losa / 17.53
Puentes con vigas T de concreto / 17.56
Puentes de trabes de caja / 17.60
Puentes de concreto preesforzados / 17.63
Estribos y pilares de puentes / 17.66
Sección18. IngenieríadeaeropuertosporRichard
Harding
18.1
18.2
18.3
18.4
18.5
Funciones de elementos de aeropuertos / 18.1
Clases de aeropuertos / 18.2
Normas nacionales de aeropuertos / 18.2
Planeación de aeropuertos / 18.3
Criterios de obstrucciones y libramientos
para aproximaciones de aeropuertos / 18.7
Seleccióndel lugar para un aeropuerto /18.10
Diseño de pistas de aterrizaje y despegue /18.14
Sistemasde pistas de rodaje / 18.21
Plataformas de estacionamiento para aeronaves / 18.21
Zonas de estacionamiento de automóviles / 18.22
Nivelación y drenaje de un aeropuerto / 18.23
Pavimentos en aeropuerto / 18.26
Superficiessin pavimentar en aeropuertos / 18.32
Estabilizacióndel suelo / 18.33
Edificiosde una terminal aérea / 18.33
Caminos de acceso / 18.37
Hangares / 18.38
Edificiosde carga y servicio / 18.39
Alumbrado de un aeropuerto / 18.39
18.6
18.7
18.8
18.9
18.10
18.11
18.12
18.13
18.14
18.15
18.16
18.17
18.18
18.19
17.1
18.1

15. Contenido.xix
18.20
18.21
18.22
18.23
18.24
18.25
Fuente de energía eléctrica del aeropuerto / 18.42
Señalización de un aeropuerto / 18.43
Sistemas de combustible /18.43
Control de tráfico aéreo / 18.44
Helipuertos / 18.46
Puertos STOL / 18.51
Sección 19. Ingenieríade ferrocarriles porDonald
L.McCammon 19.1
19.1 Glosario / 19.1
19.2 Sistemas de transporte por vías férreas /19.8
19.3 Análisis de costo-beneficio de sistemas de transporte / 19.16
19.4 Selección de ruta / 19.17
19.5 Colocación de vías / 19.20
19.6 Ubicación y características de las estaciones / 19.22
19.7 Terminales de pasajeros / 19.25
19.8 Terminales de carga / 19.26
19.9 Curvas horizontales / 19.28
19.10 Curvas verticales / 19.32
19.11 Construcción de vías / 19.33
19.12 Rieles y sus accesorios / 19.37
19.13 Cambiavía s y cruces / 19.42
19.14 Alcantarillas, viaductos y puentes / 19.48
19.15 Carros y locomotoras para carga y pasajeros / 19.48
19.16 Requisitos de corriente eléctrica para trenes / 19.54
19.17 Control de trenes / 19.57
19.18 Comunicaciones en la operación del tren / 19.60
19.19 Conservación de vías / 19.60
Sección
20. Ingeniería
detúnelespor
John
O.Bickel 20.1
20.1 Glosario / 20.1
20.2 Gálibos para túneles / 20.2
20.3 Alineación y pendientes para túneles / 20.4
20.4 Pavimentos y equipos para túneles de carretera / 20.6
20.5 Investigaciones preliminares / 20.6
20.6 Ventilaciónen túneles / 20.7
20.7 Vigilanciay control de túneles / 20.18
20.8 Alumbrado del túnel / 20.19
20.9 Drenajedel túnel / 20.20
20.10 Túnelespara agua / 20.21
20.11 Túnelespara alcantarillado y drenaje / 20.22
20.12 Túnelesde corte y relleno / 20.22
20.13 Construcción de túneles en terreno rocoso / 20.24
20.14 Túnelesen materiales firmes / 20.29
20.15 Excavaciónde túneles por el método de escudo al aire libre / 20.31
20.16 Excavaciónde túneles en aire comprimido / 20.34
20.17 Revestimientode túneles / 20.38
20.18 Diseñode los revestimientos de túneles / 20.41
20.19 Excavaciónde túneles a máquina / 20.42
20.20 Túnelesde tubo inmerso / 20.43
20.21 Pozos / 20.47

16. xx . Contenido
Sección 21. Ingeniería
de recursos hidráulicos porM.KentLoftin
21.1 Dimensiones y w1idades / 21.1
Mecánica de Buidos
21.2 Propiedades de los fluidos / 21.3
21.3 Presión de un fluido / 21.6
21.4 Cuerpos sumergidos y flotantes / 21.10
21.5 Manómetros / 21.11
21.6 Fundamentos de flujo de fluidos / 21.14
21.7 Representación, mediante modelos, de recursos hidráulicos / 21.18
Flujo en tuberías
21.1
nB
n9
n~
n~
21.12
21.13
Flujolaminar / 21.22
Flujoturbulento / 21.23
Pérdidas menores en las tuberías / 21.26
Orificios/ 21.29
Sifones / 21.34
Golpe de ariete / 21.35
Esfuerzos en tuberías
Esfuerzos perpendiculares al ejelongitudinal / 21.38
Esfuerzos paralelos al ejelongitudinal / 21.39
Expansión por temperatura del tubo / 21.39
Fuerzas ocasionadas por codos en tuberías / 21.39
Alcantarillas
21.18 Alcantarillas conpendiente críticao mayor / 21.41
21.19 Alcantarillas conpendientes menores que la crítica / 21.42
21.20 Pérdidas de entrada en alcantarillas / 21.44
21.14
21.15
21.16
21.17
n~
n~
nE
n~
n~
n~
nn
n~
nE
n~
n~
n~
n~
nM
n~
n~
Flujoen canalesabiertos
Elementosbásicos de los canales abiertos / 21.45
TIrantenormal de flujo / 21.46
TIrantecríticode flujode canal abierto / 21.47
Ecuaciónde Manning para flujoen canales abiertos / 21.49
Perfil de la superficie libre del agua para flujogradualmente variado / 21.50
Cálculo de curvas de remanso / 21.53
Salto hidráulico / 21.56
Flujoen la entrada a un canal con pendiente fuerte / 21.61
Flujoen la entrada a un canal con pendiente suave / 21.62
Secciónde canal de máxima eficiencia/ 21.63
Flujosubcríticoalrededor de curvas en canales / 21.64
Flujosupercrítico alrededor de curvas en canales / 21.65
Transicionesen canales abiertos / 21.66
Vertedores / 21.67
Transferenciay acumulación de sedimentos en canales / 21.75
Control de la erosión / 21.79
Hidrologia
21.37 Precipitación / 21.79
21.38 Evaporación y transpiración / 21.80

17. Contenido.xxi
Escurrimiento / 21.81
Fuentes de datos hidrológicos / 21.82
Métodos para determinar el escurrimiento / 21.83
Agua subterránea / 21.88
Abastecimientode agua
21.43 Consumo de agua / 21.91
21.44 Fuentes de abastecimiento de agua / 21.92
21.45 Normas de calidad para el agua / 21.94
21.39
21.40
21.41
21.42
21.46
21.47
21.48
21.49
21.50
21.51
Tratamiento del agua
Sedimentación simple y almacenamiento / 21.99
Procesos de filtración / 21.103
Suavización del agua / 21.106
Desinfección con cloro / 21.107
Estabilidad del carbonato / 21.107
Tratamientos diversos / 21.108
n~
n~
n~
n~
n~
n~
n~
n~
nm
nM
Recolección,almacenamientoy distribuciónde agua
Embalses / 21.108
Pozos / 21.111
Tubería para distribución de agua / 21.113
Corrosión en sistemas de distribución de agua / 21.118
Bombascentrífugas / 21.119
Bombaspara pozos / 21.121
Válvulas / 21.123
Hidrantes para incendios / 21.124
Medidores / 21.125
Tarifasdel agua / 21.127
21.62
21.63
21.64
21.65
Plantas hidroeléctricasy represas
Generación de energía hidroeléctrica / 21.128
Represas / 21.130
Turbinas hidráulicas / 21.133
Métodos para el control de flujosde embalses / 21.135
22.1
Sección 22. Ingeniería ambiental por Dan L. Glasgow
22.1 Prevención de la contaminación ambiental / 22.1
22.2 Fuentes principales de la contaminación del agua / 22.3
22.3 Tiposde alcantarillas / 22.4
22.4 Estimación del flujode aguas de desecho / 22.5
22.5 Diseñode alcantarillas / 22.7
22.6 Coladeras pluviales / 22.14
22.7 Registrosde inspección / 22.15
22.8 Descargas de alcantarillas / 22.17
22.9 Sifonesinvertidos / 22.18
22.10 Reguladores del flujoen alcantarillas / 22.19
22.11 Métodos de construcción de alcantarillas / 22.20
22.12 Estacionesde bombeo de aguas de desecho / 22.21
22.13 Bombaspara aguas de desecho / 22.23
22.14 Características de las aguas de desecho domésticas / 22.23
22.15 Tratamiento y eliminación de aguas de desecho / 22.27

18. xxii . Contenido
22.16
22.17
22.18
22.19
22.20
22.21
22.22
22.23
22.24
22.25
22.26
22.27
22.28
22.29
22.30
22.31
22.32
22.33
22.34
22.35
Pretratamiento de aguas de desecho / 22.31
Sedimentación / 22.32
Filtración de aguas de desecho / 22.35
Proceso de Iodos activados / 22.40
Estabilización por contacto / 22.43
Tratamiento y disposición del lodo / 22.44
Tanques Irnhoff / 22.52
Fosas sépticas / 22.53
Pozos negros y pozos de absorción / 22.57
Retretes químicos / 22.58
Fosas sépticas de oxidación / 22.58
Biodiscos o contactores biológicos giratorios / 22.59
Biofiltros activados / 22.60
Desinfección / 22.60
Tratamiento avanzado para aguas de desecho / 22.62
Tratamiento de desechos industriales / 22.63
Rellenos sanitarios / 22.66
Incineración de la basura y desechos peligrosos / 22.68
Control de la contaminación del aire / 22.71
Declaraciones sobre impacto ambiental / 22.74
Sección 23. Ingenieríade costas y puertos porSeottL. Douglass
23.1 Nivel de riesgo en losproyectos costeros / 23.1
Hidráulica y sedimentos costeros
23.2 Características de las olas / 23.2
23.3 Niveles de diseño del agua de las costas / 23.8
23.4 Características de los sedimentos de las costas / 23.10
23.5 Corrientes cercanas al litoral y transporte de la arena /23.10
23.6
23.7
23.8
23.9
23.10
23.11
23.12
23.13
23.14
Ingeniería de puertos y de dársenas para embarcaciones pequeñas
TIpos de puertos establecidos y puertos / 23.11
Disposición de un puerto / 23.12
Levantamientos hidrográficos y topográficos / 23.17
Características de los barcos / 23.19
TIpos de estructuras de amarre para los barcos / 23.20
Diseño de muelles y anexos para el amarre de barcos / 23.21
Disposición y diseño de las dársenas para embarcaciones menores / 23.38
Nutrición de las playas / 23.41
Programas de monitoreo para proyectos de ingeniería costera / 23.45
Estructuras costeras
23.15 Efectosde las estructuras costeras sobre las playas / 23.45
23.16 Diseñode muros ribereños y de diques de mar / 23.46
23.17 Uso de modelos físicosy numéricos en el diseño / 23.48
Apéndice. Factores
decQnversión
al sistemamétrico
deunidades
(SI) porFrederiek
S.Merritt
índice (enseguida del apéndice)
23.1
A.1
1.1

19. 1 Frederick
S. Merritt
Consulting
Engineer
West
Palm
Beach,
Florida
Diseño de sistemas
L a ingeniería civiles la rama de la inge-
niería que se ocupa de la planeación,
diseño y construcción de proyectos
para elcontroldel ambiente, desarrollo
de recursos naturales, serviciosde transporte, túne-
les, edificios,puentes y otras estructuras, con el fin
de satisfacer las necesidades de la sociedad. A las
personas capacitadas por su instrucción y experien-
cia, y quienes reúnen los requisitos que requiere el
ejerciciode la profesión de ingeniería civil, se les
llama ingenieros civiles.
1.1 Normas generales para el
desempeño de la profesión
de ingeniero civil
Como profesionistas, los ingenieros civiles deben
ajustarse a los siguientes cánones al desempeñar sus
labores:
1. Mantener comoprincipio supremo laseguridad,
la salud y el bienestar públicos. (Esto también
implica el compromiso de preservar los energé-
ticos y atender al mejoramiento del ambiente
para el incremento de la calidad de vida.)
2. Comportarse con todo patrón o cliente como
administrador leal, evitando conflictos de inte-
reses.
3. Aplicar al máximo sus conocimientos y expe-
riencia en todo proyecto.
4. Ejecutarsus serviciossólo en áreas de su compe-
tencia;en otras disciplinas,losingenierospodrán
contratar o establecerconvenios de colaboración
con personal calificado, consultores o socios com-
petentes en dichas áreas.
Por consiguiente, los proyectos de ingeniería ci-
vil se deben planear, diseñar y construir satisfacien-
do los siguientes criterios:
1. Servir a los propósitos que especificó el dueño o
cliente.
2. Construirse mediante técnicas conocidas, utili-
zando mano de obra y equipo disponible, dentro
de un plazo aceptable para el dueño o cliente.
3. Que sean resistentes a las cargas y al uso al que
se someterán durante un periodo razonable.
4. Cuando se termine el proyecto deberá ser el
óptimo, el más bajo en costos para conseguir los
objetivos que se desean, o el mejor en relación
con el dinero invertido, tal como lo solicitó el
dueño o cliente. Pero si el proye<;to es ejecutado
adecuadamente, el costo de construcción no
debe exceder el presupuesto del cliente y su
operación, mantenimiento y reparación deberán
limitarse a un costo razonable.
5. Los proyectos deben diseñarse y construirse con
base en los requisitos legales pertinentes, confor-
me a las normas de ingeniería aceptadas regular-
mente, evitando poner en peligro la salud y
seguridad de los trabajadores de la construcción,
operadores del proyecto y público en general.
6. Los proyectos no deben afectar negativamente
el ambiente o bienestar de las comunidades ale-
dañas.
7. Los proyectos, si se ejecutan correctamente, de-
ben ser frugales en su consumo de energía.
8. En la medida de lo posible, los proyectos deben
ser agradables a la vista.
1.1

20. 1.2 . Sección
uno
El objetivo último del diseño es suministrar
en forma precisa, breve y de fácil comprensión, el
material informativo necesario para realizar el pro-
yecto. Por tradición los diseñadores proveen esta
información en dibujos o planos que muestran lo
que va a construirse, y en las especificaciones se
describen los materiales y equipo que se incorpora-
rán al proyecto. Por lo general, los diseñadores
también preparan, con asesoría legal, un contrato
de construcción entre el cliente y el contratista ge-
neral o dos o más contratistas principales. Además
observan o inspeccionan la construcción del proyec-
to. Esto debe hacerse no sólo con el fin de ayudar al
cliente a garantizar que el proyecto se construya de
acuerdo con los planos y especificaciones señala-
das, sino también para obtener información útil en
el diseño de proyectos futuros (Sec. 1.9). El procedi-
miento requiere:.
1.2 Sistemas
El diseño de sistemas de un proyecto comprende
una serie de pasos racionales y ordenados que,
dadas determinadas condiciones, conducen a to-
mar la mejor decisión (Secc. 1.9). El procedimiento
requiere:
Análisis del proyecto como un sistema
Síntesis o selección de los componentes para formar
un sistema que satisfaga objetivos específicos
Evaluar el comportamiento del sistema, al compa-
rado con otras alternativas
Retroalimentación para el análisis y síntesis de la
información recabada en la evaluación del sistema,
con objeto de mejorar el diseño
La principal ventaja del método es que a través
de comparaciones de alternativas y retroalimenta-
ción de datos al proceso de diseño, el diseño de
sistemas converge en uno óptimo, o en el mejor,
para las condiciones dadas. Otra ventaja es que el
procedimiento permite al diseñador poner en claro
las necesidades del proyecto que diseña. Además,
proporciona una base común de entendimiento y
promueve la cooperación entre los especialistas en
varios aspectos del diseño del proyecto.
Para que el proyecto sea tratado como un siste-
ma, tal como lo requiere un diseño de sistemas, es
necesario saber qué es un sistema y cuáles son sus
características básicas:
Un sistema es un conjunto formado para satisfacer
objetivos específicos,sujeto a impedimentos y restriccio-
nes;consta de dos o más componentes interrelacionados
y compatibles; cadacomponente es esencial para los re-
querimientos de ejecución del sistema.
Debido a que los componentes deben interrela-
cionarse, la operación, o incluso la simple existencia
de uno de ellos, afecta de algún modo la actua-
ción de los otros. Asimismo, el funcionamiento del
sistema como un todo y las limitaciones del mismo
imponen restricciones sobre cada uno de los com-
ponentes.
Ejemplos de sistemas en ingeniería civil son
los edificios, carreteras, puentes, aeropuertos, fe-
rrocarriles, túneles, abastecimiento de agua pota-
ble, y recolección, tratamiento y disposición de
aguas negras.
Un edificio es un sistema porque se construye
para servir para propósitos específicos tales como
espacio y techo para las actividades humanas o
recinto para almacenar materiales. Se encuentra su-
jeto a restricciones como las indicadas en reglamen-
tos de construcción con respecto a su altura y área
de piso. Las restricciones incluyen también la capa-
cidad de soportar cargas producidas por las acti-
vidades humanas y por fuerzas naturales como
vientos y terremotos. El conjunto en general consta
de techos, pisos, muros, puertas, ventanas, marcos
estructurales que soportan los otros componentes,
y sistemas para calefacción, ventilación y enfria-
miento de interiores.
Una carretera o una vía férrea son sistemas
construidos con propósitos específicos a fin de su-
ministrar una superficie o camino apto para el mo-
vimiento de vehículos. Sus restricciones las impone
el terreno por donde va a pasar el camino o ferroca-
rril, las características del vehículo y el volumen de
tráfico. Una carretera es usada primordialmente por
vehículos con ruedas de hule cuya velocidad y di-
rección de viaje controlan conductores humanos.
Un ferrocarril se utiliza por vehículos equipados
con ruedas de acero, diseñadas para rodar sobre
rieles que controlan la dirección del viaje; la veloci-
dad se regula directamente un conductor humano
o, indirectamente, por controles remotos. Tanto las
carreteras como los ferrocarriles tienen derecho de
vía, unen dos puntos, entradas y salidas de vehícu-
los, sistemas de control de tráfico, de seguridad,
puentes, túneles, estaciones para reabastecimiento
de combustible y servicio de vehículos, estaciones
para la subida y bajada de pasajeros o para carga y

21. descarga de materiales, y estaciones de servicio
para conductores y pasajeros.
Un túnel es un sistema subterráneo y un puente
es un sistema sobre la superficie de la tierra, cons-
truidos con el propósito específico de permitir el
paso sin obstáculos a peatones, vehículos, tuberías,
cables o transportadores. Un túnel está sujeto a
restricciones tales como exclusión de tierra, roca y
agua no deseada en el pasadizo, mientras que un
puente debe cargar el pasadizo entre distancias que
requieran pasar por encima de obstrucciones. Un
túnel consta principalmente de un pasadizo y so-
portes o revestimientos para alojarlo. El conjunto
debe también incluir drenaje, ventilación e ilumina-
ción. Un puente consta primordialmente de un pa-
sadizo, marcos estructurales que lo soportan, pilas
y contrafuertes para sostener los otros componentes
a una altura adecuada, por encima de las obstruc-
ciones.
El abastecimiento de agua es un sistema creado
con el propósito espeáfico de suministrar agua para
satisfacer las necesidades del hombre. Las restric-
ciones de este sistema dependerán de la cantidad y
calidad del agua que se requiera. En general, el
sistema consta de fuentes de abastecimiento, me-
dios para la extracción de agua en los volúmenes
deseados y su transporte a los puntos donde se
necesita; una planta para el tratamiento del agua
con el fin de satisfacer los criterios de calidad; tube-
rías con diámetros adecuados para el paso de las
cantidades necesarias, sin excesiva pérdida de pre-
sión; válvulas; estanques; presas y otros dispositi-
vos y accesorios para el control del flujo.
La recolección, tratamiento y disposición de
aguas negras es un sistema con el propósito especí-
fico de remover aguas residuales de los puntos
donde se origina y descargar los desperdicios en ta-
les condiciones y lugares que la salud y el bienestar
del hombre no peligren y desaparezca o se minimice
la contaminación ambiental. Las restricciones del
sistema generalmente dependen de la cantidad y
características de los desechos, del vol umen de agua
necesario para el transporte de éstos y del criterio a
seguir según los productos que se desechan. El
conjunto está integrado por dispositivos y acceso-
rios para recolectar desperdicios y remoción de ellos
con agua; los medios para transportar las aguas
negras a la planta de tratamiento, y el traslado
posterior de los productos al punto de eliminación;
la planta de tratamiento donde los desechos se re-
mueven o vuelven inocuos; medios para la disposi-
Diseño
desistemas .1.3
ción segura de los desperdicios yagua tratada; tu-
berías, válvulas y dispositivos varios para el control
de flujo.
Nótese que en todos los ejemplos precedentes,
los sistemas constan de dos o más componentes
interrelacionados y compatibles. Cada uno de los
componentes es esencial para la ejecución del siste-
ma demandado y todos ellos afectan al funciona-
miento de por lo menos uno de los demás, y la
ejecución requerida para el sistema en su totalidad
impone restricciones sobre cada uno de los compo-
nentes.
Subsiste mas _ El grupo de componentes de
un sistema puede ser llamado sistema o también
subsistema. Éste se diseña como un sistema, pero
sus 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 proyecto
grande a menudo se consideran como sistemas. Por
ejemplo, en un edificio, subsistemas mayores como
por ejemplo los marcos estructurales, muros o ins-
talaciones, se llaman sistemas. Sus componentes,
que satisfacen la definición de un sistema, se tratan
como subsistemas, por ejemplo la plomería consta
de los subsistemas hidráulicos, sanitarios y de gas.
El subsistema de las aguas negras incluye varios
dispositivos para la recolección y descarga de las
aguas negras; drenajes y tuberías para desechos;
soportes; trampas; drenes; cloacas y respiraderos.
En un sistema complejo como un edificio, los sub-
sistemas y otros componentes pueden combinarse
de varios modos para formar diferentes sistemas.
1.3 Análisis de sistemas
En el análisis de sistemas, un sistema se divide en
sus componentes básicos. Se determinan los subsis-
temas y enseguida se investiga el sistema con el fin
de especificar su naturaleza, interacción y actuación
como un todo. La investigación debe contestar pre-
guntas tales como:
¿Qué hace cada componente (o subsistema)?
¿Qué fin persigue?
¿Cómo realiza el componente sus funciones?

22. 1.4 . Sección
uno
¿Qué otra función lleva a cabo?
¿Por qué el componente hace de ese modo las cosas?
¿Qué 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 diseño de un sistema, el dise-
ñador debe establecer las metas del dueño del mis-
mo. Éstas se enuncian de acuerdo a lo que va a
realizar el sistema, cómo afectará al ambiente y
a otros sistemas y cómo esossistemas y el ambiente
afectaránalproyecto.Lasmetas deben sergenerales
y breves, abarcando todos los objetivosdel diseño;
deben ser lo suficientementeespeáficas para orien-
tar la generación de alternativas de diseño y con-
trolar la selecciónde la alternativa óptima.
Un ejemplo simple de meta: el diseño de un
edificio para una oficina de correos que aloje a 100
trabajadores; éste se construirá en una propiedad
del cliente.Eledificiodebe armonizar conlasestruc-
turas vecinas. Debe terminarse el diseño en 90 días
y la construcción en un año. Loscostosde lamisma
no deben exceder de 500000dólares.
Lasmetas de un diseño de sistemas que se aplica
a un subsistema son las mismas que de un sistema
en sí. Ellas indican las funciones requeridas del
subsistema y cómo éste afecta y es afectado por
otros sistemas.
Obietivos 8 Con las metas conocidas,eldise-
ñador define los objetivos del sistema. Éstos son
similares a las metas pero proporcionan en detalle
los requerimientos que el sistema debe satisfacer
para alcanzadas.
Al enumerar los objetivos, los diseñadores
empiezan con una generalización amplia que pos-
teriormente detallan para guiar el diseño del siste-
ma. Algunos objetivoscomola minimización de los
costosiniciales,loscostosdel ciclode vida o eltiem-
po de construcción, deben enumerarse. Otros obje-
tivos, que se aplican en el diseño de casi todos los
proyectos como la salud, seguridad y bienestar que
se mencionan en los reglamentos de construcción,
de zonificación 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 espeáficos
para guiar la planeación del proyecto y la selección
de los componentes con características determina-
das. En algunos objetivos debe señalarse también el
grado de control necesario para la operación de los
sistemas que se suministran para lograr los demás
objetivos.
Criterios 8 Debe haber por lo menos un cri-
terio asociado con cada uno de los objetivos. El
criterio es una gama de valores dentro de la cual la
ejecución del sistema debe permanecer a fin de que
se cumplan los objetivos. El criterio debe servir
como guía en la evaluación de las alternativas. Por
ejemplo, para la resistencia al fuego del muro de un
edificio, el criterio debe ser resistir el fuego durante
dos horas.
Valoración 8 Además de establecer el crite-
rio, el diseñador debe priorizar los objetivos de
acuerdo con la importancia relativa de los objetivos
del cliente (consúltese también la sección 1.10).Esta
valoración puede servir asimismo como guía en la
comparación de alternativas.
1.5 Restricciones y normas
Además de fijarse metas y objetivos para un sistema
al comenzar el diseño, los diseñadores deben tam-
bién definir las restricciones del sistema. Éstas son
límites en los valores de las variables del diseño, que
representan propiedades del sistema y son contro-
lables por el diseñador.
Los diseñadores pocas veces son completamente
libres de escoger algún valor deseado para las pro-
piedades del componente de un sistema. Una de las
razones es que cierto componente con las propieda-
des deseadas puede no estar disponible fácilmente,
por ejemplo, un ladrillo de 9 in de largo. Otra razón
es que por lo general existen varias restricciones de
tipo legal, por ejemplo las de reglamentos de cons-
trucciones, del reglamento de zonificación; las hay
también económicas, físicas, químicas, temporales,
psicológicas, sociológicas o estéticas. Tales restric-
ciones pueden determinar los valores de las propie-
dades de los componentes o fijar el límite en el que
cual deben permanecer.
Normas 8 Por lo menos una norma debe aso-
ciarse a cada restricción. Una norma es un valor o

23. -
límite de valores que gobierna una propiedad del
sistema. Las normas especifican un valor fijo que
puede ser máximo o InÚÚmO.
Por ejemplo, un diseñadorpuede estar buscando
determinar el espesor de un muro de carga de ladri-
llo. El reglamento local de construcción determina
que ese muro no debe tener menos de 8 in de
espesor. Este requerimiento es una norma InÚÚma.
El diseñador entonces puede seleccionar un muro
con un espesor de 8in o más. Los requerimientos de
otros sistemas adyacentes indican, sin embargo, que
para que el muro sea compatible su espesor no debe
exceder de 16in; se trata de una norma máxima. Los
ladrillos, sin embargo, sólo están disponibles en
espesor nominal de 4 in. Por lo tanto, las restriccio-
nes limitan el valor de las variables controlables; en
el caso del espesor del muro, deben ser de 8, 12 o
16 in.
1.6 Costos de construcción
Elcosto de construcción de un proyecto usualmente
es un factor dominante en el diseño. Una razón es
que si éste rebasa el presupuesto de construcción del
diseño o cliente, el proyecto puede cancelarse. Otra
razón es que algunos costos, como el interés sobre
la inversión, que se presenta al finalizar el proyec-
to, a menudo son proporcionales al costo inicial.
Por este motivo, el propietario usualmente trata de
mantener bajo dicho costo. Un proyecto que se di-
seña para minimizar los costos de construcción, no
necesariamente satisface mejor los intereses del pro-
pietario. Hay algunos otros costos en que el propie-
tario incurre durante la vida útil del proyecto, que
deben tomarse en cuenta.
Por ejemplo, después de que un proyecto se ha
terminado, el propietario incurre en costos de ope-
ración y mantenimiento. Éstos se derivan de de-
cisiones tomadas durante el diseño del proyecto.
Frecuentemente se permite que los costos de post-
construcción sean altos para que el costo inicial
pueda mantenerse dentro del presupuesto de cons-
trucción del propietario; de otra manera, el proyecto
no se lleva a cabo.
Costo del ciclo de vida es la suma de los costos
iniciales de operación y mantenimiento. Debe ha-
cerse más énfasis en la minimización del costo del
ciclo de vida que en los costos de construcción,
puesto que esto permite al dueño obtener el mayor
rendimiento a su inversión.
Diseño
desistemas.1.5
No obstante lo anterior, el cliente establece por lo
común el presupuesto de construcción en forma
independiente del costo del ciclo de vida Esto es
necesario a menudo porque el cliente no cuenta con
el capital adecuado para un proyecto óptimo y fija
un límite bajo a los costos de construcción. El clien-
te espera tener posteriormente el capital suficien-
te para solventar los altos costos de operación y
mantenimiento o para reemplazar los componentes
indeseables e ineficientes. Otras veces, el cliente
establece un bajo presupuesto de construcción por-
que su meta es obtener un rápido beneficio sobre la
preventa del proyecto; en este caso, el cliente tiene
poco o ningún interés en los futuros costos de ope-
ración y mantenimiento del proyecto. Por estas ra-
zones, el costo de construcción es con frecuencia un
factor dominante en el diseño.
1.7 Modelos
Como una ayuda para la evaluación de la ejecución
de un sistema y la comparación de alternativas de
diseños, los diseñadores pueden representar el sis-
tema por medio de un modelo que les permite
analizado y evaluar su funcionamiento. Por razo-
nes prácticas el modelo debe ser simple y congruen-
te con la función para la cual se seleccionó. El costo
de formulación y uso del modelo debe ser ínfimo
comparado con el costo del montaje y prueba del
sistema real.
Por cada variable de entrada del sistema debe
existir otra correspondiente en el modelo de tal
manera que las respuestas (salidas) de éste corres-
pondan a las que se obtendrían en el sistema. La
correlación puede ser aproximada pero a pesar de
ello deberá ser lo más cercana para cumplir con los
objetivos buscados. Por ejemplo, para la estimación
de costos durante la fase conceptual del diseño,
puede usarse un modelo de costos que dé pronósti-
cos aproximados de los costos de construcción. Sin
embargo, los modelos que se utilicen en la fase de
contratación deben ser exactos.
Los modelos se clasifican en icónicos, simbólicos
o analógicos. El tipo icónico puede ser el sistema
real, una parte del mismo, o simplemente mostrar
un parecido físico con él. El modelo icónico se usa
por lo general para pruebas físicas del funciona-
miento de un sistema, como las pruebas de carga o
de túnel de viento, o ajuste de controles para el
flujo de agua y aire en el sistema real.

24. 1.6 . Sección
uno
Los modelos simbólicos representan con símbo-
los las entradas (datos) y salidas (resultados) de un
sistema y se utilizan generalmente para el análisis
matemático del mismo. Ellos permiten una relación
generalizada, más breve y mejor expresada: son
menos costosas para desarrollar y usar que otro tipo
de modelos, y son fáciles de manejar.
Los modelos analógicos son sistemas reales, pero
con propiedades físicas diferentes al sistema real.
Los ejemplos incluyen relojes digitales para medi-
ción de tiempo, termómetros para medición de tem-
peraturas (cambios de calor), reglas de cálculo para
la multiplicación de números, flujo de corriente
eléctrica para medir el flujo de calor a través de una
placa metálica, y membranas jabonosas para medir
la torsión en un eje elástico.
Las variables que representan las entradas y pro-
piedades de un sistema pueden ser consideradas
variables independientes de dos tipos:
1. Variables que los diseñadores 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 consideradas
variables dependientes: Zl, Z:z,Z3,...Estas variables
son funciones de las variables independientes. Las
funciones también contienen parámetros; sus valo-
res pueden ser ajustados para calibrar el modelo con
el comportamiento del sistema real.
Modelos de costos . Como un ejemplo del
uso de modelos en el diseño de sistemas, conside-
remos los siguientes modelos de costos:
C=Ap (1.1)
costos de construcción del proyecto
parámetros convenientes para un
proyecto, como área de piso (pies
cuadrados) en un edificio, longitud
(millas) de un camino, población
(personas) a quienes beneficiará el
abastecimiento de agua o sistema de
alcantarillado.
p = costo por unidad de construcción,
dólares por unidad (piescuadrados,
millas, personas)
Éste es un modelo simbólico aplicable sólo en la
etapa inicialdel diseño, cuando los sistemas y sub-
donde C =
A =
sistemas son especificados en forma general. Tanto
A como p son estimados, regularmente sobre bases
de experiencias con sistemas similares.
C=LA¡p¡ (1.2)
donde A¡ = unidades de medición adecuadas
para el i-ésimo sistema
p¡ = costo por unidad para el i-ésimo sis-
tema
Este modelo simbólico es conveniente para la esti-
mación de costos de construcción de un proyecto en
la etapa preliminar del diseño, después de seleccio-
nar los tipos de sistemas principales. La ecuación
(1.2) da el costo como la suma de los costos de los
sistemas más relevantes, a la cual deben adicionarse
los costos estimados de otros sistemas y los gastos
indirectos y la utilidad del contratista.
e = L A¡p¡ (1.3)
donde A¡ = unidad adecuada de medición para
el j-ésimo subsistema
p¡ = costo por unidad para el j-ésimo
subsistema
Este modelo simbólico se puede usar en la fase de
desarrollo del diseño y más tarde, una vez que los
componentes de los sistemas principales se hayan
seleccionado y la mayor exactitud de los costos
estimados sea confiable. La ecuación (1.3) propor-
ciona los costos de construcción como la suma de
los costos de todos los subsistemas, a la cual deben
adicionarse los gastos indirectos y la utilidad del
contratista.
Para más información sobre estimación de cos-
tos, véase la sección 4.7.
1.8 Optimización
El objetivo del diseño de sistemas es seleccionar el
mejor sistema para determinadas condiciones; este
proceso se conoce como optimización. Cuando se
puede optimizar más de una propiedad del sistema,
o cuando existe una sola característica por optimi-
zar pero no es cuantificable, puede o no haber solu-
ción óptima. Si existe, puede encontrarse por tanteo
con un modelo o por métodos como los descritos en
la sección 1.10.

25. Cuando se va a optimizar una característica de
un sistema, como los costos de construcción, 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 por
elsubíndice
y = variable no controlable, identificada
por el subíndice
Ir = función objetivo
Sin embargo, en general hay restricciones sobre los
valores de las variables independientes. Estas restric-
ciones se pueden expresar de la siguiente manera:
h (xv X2, X3, ...,Yl<y:z,Y3, . . .)~ O (1.5)
La solución simultánea de las ecuaciones (1.4) y
(1.5) da como resultado los valores óptimos de las
variables. La solución puede obtenerse utilizando
técnicas como el cálculo, la programación lineal o
dinámica, dependiendo de la naturaleza de las
variables y las características de las ecuaciones.
La aplicación directa de las ecuaciones (1.4) y
(1.5) para todo un proyecto de ingeniería civil, sus
sistemas y su cantidad de subsistemas por lo común
es impráctica en virtud del alto número de variables
y la complejidad de sus interrelaciones. Por esta
razón, la optimización se obtiene por separado re-
gulannente por métodos de suboptimización o si-
mulación.
Simulación 8 Los sistemas con un gran nú-
mero de variables algunas veces pueden opti-
mizarse siguiendo un proceso que se denomina
simulación, el cual incluye el método de tanteo con
el sistema real o el modelo. En la simulación, las
propiedades del sistema o modelo se ajustan a
las entradas (datos) o serie de entradas específi-
cas; las salidas y el desempeño se miden cuando
se haya obtenido el resultado óptimo.
Cuando las variables son cuantificables y se uti-
lizan modelos, la solución se facilita regulannente
mediante el uso de computadoras. El sistema real
Diseño
desistemas .1.7
puede emplearse cuando está disponible y es acce-
sible, y cuando los cambios tienen pequeño o nin-
gún efecto sobre los costos de construcción. Por
ejemplo, después de instalar los ductos de aire en
un edificio, un sistema de acondicionamiento de
aire puede operarse para una variedad de condicio-
nes, con el fin de determinar la posición óptima del
regulador de tiro para el control del flujo de aire en
cada condición.
Suboptimización 8 Éste es un proceso de
tanteo en el que los diseñadores intentan optimizar
un sistema por medio de una primera optimización
de sus subsistemas. La suboptimización es conve-
niente cuando la influencia de uno y otro compo-
nentes estén en serie.
Considérese, por ejemplo, un sistema estructural
para un edificio compuesto sólo de cubierta, colum-
nas y zapatas. La cubierta tiene una carga conocida
(entrada) que es exclusivamente su peso propio. El
diseño de la cubierta afecta las columnas y las zapa-
tas porque su salida es igual a las cargas sobre las
columnas. El diseño de las columnas afecta sola-
mente las zapatas porque la salida de la columna es
igual a las cargas sobre las zapatas. Sin embargo, el
diseño de las zapatas no tiene efecto alguno sobre
ninguno de los otros componentes estructur<les.
Por tanto, los componentes estructurales están en
serie y pueden diseñarse por suboptimización para
obtener el costo minimo de construcción o el peso
minimo del sistema.
La suboptimización del sistema puede lograrse
por una primera optimización de las zapatas; por
ejemplo, el diseño del menor costo de las zapatas.
Después, debe optimizarse el diseño tanto de las
columnas como el de las zapatas. (La optimización
únicamente de las columnas no producirá un siste-
ma estructural óptimo, debido al efecto del peso de
éstas sobre las zapatas). Finalmente, la cubierta, co-
lumnas y zapatas deberán optimizarse juntas. (Sólo
la optimización de la cubierta no producirá un sis-
tema estructural óptimo debido al efecto de su peso
sobre las columnas y las zapatas. Una cubierta de
bajo costo puede ser muy pesada y requerir zapatas
y columnas costosas. Sin embargo, el costo de una
cubierta ligera podrá ser tan alto de modo que
compense cualquier ahorro sobre zapatas y colum-
nas menos costosas. Una de las alternativas de cu-
biertas puede proporcionar resultados óptimos.)
(R. J. Aguilar, Systems Analysis and Design in En-
gineering, Architecture, Construction, and Plann-

26. 1.8 . Sección
uno
ing, Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, N.J.;K.
1. Majid, Optimum Design of Structures, Halsted
Press/John Wlley & Sons, Inc., New York; F. S.
Merrit and J. A. Ambrose, BuildingEngineering
and
Systems Design,2nd. ed., Van Nostrand Reinhold
Company, New York;L.Spunt, OptimumStructural
Design,Prentice-Hall,Inc.,Englewood Cliffs,N.J.).
1.9 Procedimiento para
el diseño de sistemas
La sección 1.2 define los sistemas y explica cómo el
diseño de éstos comprende una serie de pasos ra-
cionales y ordenados, los cuales conducen a la mejor
decisión para un grupo de condiciones dadas. Tam-
bién enumera los componentes básicos del procedi-
miento, como son análisis, sÚltesis, evaluación y
retroalimentación. Siguiendo estos pasos, una defi-
nición más formal sería:
El diseñode sistemases la aplicacióndel método
científicoparaseleccionar
y agruparloscomponentes
que
forman un sistemaóptimo,conelfin deobtenermetas
y
objetivosespecíficos,
auncuandoestésujetoa limitacio-
nesy restricciones
dadas.
El método científico, incorporado a las defini-
ciones de ingeniería económica o del valor y diseño
de sistemas, consiste en los siguientes pasos:
1. Recolecciónde datos y observaciones del fenó-
meno natural.
2. Formulación de una lúpótesis capaz de predecir
observaciones futuras.
3. Prueba de lúpótesis para verificarlaexactitud de
las predicciones y desechar o mejorar la lúpóte-
sis, si ésta es inadecuada.
El diseño de sistemas debe proporcionar res-
puestas a las siguientes preguntas:
1. ¿Qué es lo que el cliente o dueño quiere del
proyecto (metas,objetivosy criteriosasociados)?
2. ¿Cuáles son las condiciones que prevalecen, o
que existirán después de la construcción, que
están fuera del control de los diseñadores?
3. ¿Quérequerimientos o condicionesdel proyecto
que afectan el comportamiento del sistema pue-
den ser controlados por el diseño (restricciones
y normas relacionadas)?
4. ¿Cuálesrequerimientos de ejecución,criterio de
tiempo y costopuede usar el clientey losdiseña-
dores para estimar el rendimiento del sistema?
La recolección de la información necesaria para
el diseño de un proyecto empieza al iniciarse el
diseño y puede continuar durante la fase de obten-
ción de los documentos del contrato. La recolección
de datos es parte esencial del dis"eño de sistemas,
pero debido a que es continua durante el diseño, no
se enumera en la ejecución como paso básico.
Con el fin de ilustrar el procedimiento para el
diseño de sistemas se le dividió en nueve pasos
básicos que aparecen en la figura 1.1. Debido a que
el análisis económico se aplica en los pasos 5 y 6,
los pasos 4 al 8 que cubren la sÚltesis, análisis y
evaluación pueden repetirse varias veces. Cada ite-
ración debe conducir a un diseño más cercano al
óptimo.
Para preparar el paso 1, los diseñadores deben
trazar un programa del proyecto o enumerar las
necesidades del cliente, y obtener la información
sobre las condiciones existentes que afectarán el
diseño del proyecto. En los pasos 1 y 2, los diseña-
dores utilizan la información disponible para defi-
nir las metas, objetivos y restricciones que deben
satisfacer el sistema (véanse secciones 1.4 y 1.5).
Síntesis _ Enelpaso 3,losdiseñadores deben
concebir por lo menos un sistema que satisfaga
los objetivos y las restricciones. Para lograr esto,
cuentan con experiencias anteriores, conocimien-
tos, imaginación, habilidad creativa y asesoría de
consultores, incluyendo ingenieros de costos, ex-
pertos en construcción y operadores experimenta-
dos del tipo de actividades que se van a diseñar.
Por otro lado, el diseñador debe desarrollar sis-
temas alternativos que quizá sean ser más efectivos
en costos y puedan construirse más rápidamente.
Para aprovechar eltiempo de diseño enla obtención
de un sistema óptimo, los diseñadores deben inves-
tigar sistemas alternativos en una secuencia lógica
que tienda a lograr resultados óptimos potenciales.
Como ejemplo,se presenta a continuación una po-
sible secuencialógicapara un edificio:
1. Selección de una técnica industrializada disponi-
ble o preconstruida para el edificio; un sistema que
sea prefabricado. El sistema quizá sea el más bajo
en costo, debido al uso de técnicas de producción
masiva, lo cual es regularmente más económico

27. OB
ESTIMELOS VALORES
DELAS VARIABLES
INDEPENDIENTES
NOCONTROLABLES
OC
DETERMINELOS VAlORES DE
lAS VARIABLESINDEPENDIENTES
CONTROlABLES,PARA OBTENER
LOSRESULTADOSÓPTIMOS
eA
SELECCIONE
UNMODELO
QUEPRESENTE
ELSISTEMA,
PARA
OPTIMIZARLO
y EVALUARLO
eD
DETERMINE
LOSVAlORES
DE
lAS VARIABLES
DEPENDIENTES
(ESTIMACiÓN
DE
FUNCIONAMIENTO
YCOSTOS)
Diseño
desistemas
. 1.9
oENUNCIE
PARA
QUÉ
SEDESEA
ELSISTEMA,
INDICANDO
TAMBIÉN
CÓMO
ELAMBIENTE
Y OTROS
SISTEMAS
AFECTARÁN
SU
FUNCIONAMIENTO
OSERÁN
AFECTADOS
POR
ÉL
$IDENTlFIOUE
LOSOBJETIVOS
Y RESTRIC-
CIONES
CONOCIDOS
PARA
ELSISTEMA
SINTETICEELSISTEMA
o EVALÚEEL SISTEMA
o ELIMINE,
CAMBIE
OCOMBINE
LOSCOMPONENTES
OSUBSISTEMAS
PARA
MEJORAR
COSTOS
8 CONSTRUYA
ELMODELO
DEL
NUEVOSISTEMA Y APLIQUELO
EVALÚEEL NUEVOSISTEMA
RECOLECCiÓN
DEDATOS
Y
FORMULACiÓN
DEL PROBLEMA
SINTESIS
y
ANALlSIS
ANÁLISIS
DEL
VALOR
EVALUACiÓN
DECISiÓN
Figura 1.1 Pasosbásicosen el diseño de sistemas además de la recolección de información necesaria.
ESPECIFIQUE
EL MEJORSISTEMA

28. 1.10 . Sección
uno
que si lo produce el personal de campo. También,
la calidad de los materiales y la construcción pue-
den ser mejores que las estructuras construidas en
obra, porque los elementos se encuentran bajo
control y supervisión estrictas.
2. Diseño de un edificio preconstruido (si el cliente
necesita varias estructuras del mismo tipo).
3. Montaje del edificio con componentes o sistemas
prefabricados. Este tipo de construcción es simi-
lar al que se utiliza para edificios preconstruidos,
excepto porque los componentes preensambla-
dos son mucho más pequeños en el sistema de
edificación.
4. Especificación de tantos componentes prefabri-
cados y estándar como sea posible. Los compo-
nentes estándar son elementos comercializados
disponibles para entrega inmediata por las com-
pañías abastecedoras de elementos para edificios.
5. Repetición de los componentes iguales, el mayor
número de veces posible. Esto permite la pro-
ducción en masa de algunos componentes que
no sean estándar. Por otro lado, la repetición
puede acelerar la construcción porque el perso-
nal de campo trabajará más rápidamente a me-
dida que se familiarice con los componentes.
6. Diseño de componentes para el montaje de ma-
nera que el trabajo de los diversos oficios sea
continuo en la obra. El trabajo que obliga a una
actividad a esperar la cuhninación de otra, de-
mora la construcción y es costoso.
Modelado _ En el paso 4, los diseñadores
deben representar el sistema a través de un modelo
sencillo, de exactitud aceptable. En este paso, los
diseñadores deben especificar o estimar los valores
de las variables independientes, representando las
propiedades del sistema y sus componentes. El mo-
delo deberá aplicarse para determinar el funciona-
miento óptimo del sistema (variables dependientes)
y los valores correspondientes de las variables con-
trolables (véanse las secciones 1.7 y 1.8). Por ejem-
plo, si el funcionamiento de un sistema deseado es
un costo mínimo de construcción, el modelo debe
usarse para estimar este costo y seleccionar los com-
ponentes y métodos de construcción para que el
sistema produzca este resultado óptimo.
Evaluación _ Enelpaso 5 del diseño de siste-
mas, los diseñadores deben evaluar los resultados
obtenidos en elpaso 4.Losdiseñadores deben veri-
ficar que los costos de construcción y del ciclo de
vida sean aceptables para el cliente y que el sistema
propuesto satisfaga todos los objetivos y restric-
ciones.
Análisis económico (o de valor) y deci-
sión _ Durante los pasos anteriores, el análisis
económico se aplicó a algunas partes del proyecto
(véase la sección 1.10). En el paso 6, sin embargo, el
análisis económico debe aplicarse a todo el sistema.
En este proceso pueden resultar cambios en partes
del sistema, produciendo un nuevo sistema, o di-
versas alternativas para mejorar el diseño original.
Por esto, en los pasos 7 y 8 deben simularse y
evaluarse los nuevos sistemas o al menos aquellos
con buenas posibilidades de ser los óptimos. Duran-
te y después de este proceso pueden concebirse
alternativas completamente diferentes. A medida
que los pasos 4 al8 se repitan, se obtendrán nuevos
conceptos.
Finalmente, en el paso 9, se deberá seleccionar el
mejor de los sistemas estudiados.
Diseño en equipos de trabajo (socieda-
des o asociaciones) _ Para lograr el funciona-
miento más productivo y exitoso del diseño de
sistemas de un proyecto de ingeniería civil, es muy
deseable una organización de diseño superior a la
que se utiliza en diseños tradicionales. Para el dise-
ño de sistemas se requiere que varios especialistas
formen un equipo de diseño, con el fin de que todos
contribuyan con sus conocimientos y habilidades.
Una razón por la cual los especialistas deben
trabajar juntos es que en el diseño de sistemas hay
que tener en cuenta los efectos de cada componente
sobre el funcionamiento de todo el proyecto, así
como la interrelación de los mismos. Otra razón es
que para lograr una mayor efectividad en costos, los
componentes innecesarios deben eliminarse y don-
de sea posible combinarse dos o más componentes.
Cuando los componentes son responsabilidad de
diferentes especialistas, estas tareas sólo pueden
llevarse a cabo con facilidad cuando los especialis-
tas están en comunicación directa e inmediata.
Además de los consultores requeridos para las
tareas rutinarias de diseño, el equipo de diseño debe
apoyarse en ingenieros y analistas de costos, exper-
tos en construcción, trabajadores en obra y usuarios
experimentados en operación del tipo de proyec-
to que se va a construir. Debido a la diversidad
de habilidades que se presentan en estos equipos de
trabajo, es altamente probable que se consideren

29. todas las posibilidades al tomar la decisión y por lo
tanto la probabilidad de error u omisión será muy
pequeña.
Revisión de proyecto por consultores -
El equipo de diseño debe tener como norma la
comprobación del resultado de las diversas discipli-
nas al término de cada paso del diseño, en especial
antes de su incorporación en los documentos de
contrato. La comprobación del trabajo de cada dis-
ciplina debe ser efectuada por un profesional com-
petente en esa disciplina, que no sea el diseñador
original, y revisada por directores y otros profesio-
nales del más alto rango. Estos últimos deben ase-
gurarse que los cálculos, dibujos y especificaciones
se encuentren sin errores, omisiones o contradiccio-
nes entre componentes de la construcción.
Para proyectos que sean complicados, únicos en
su género o que tengan la probabilidad de efectos
graves si ocurre una falla, el cliente o el equipo de
diseño puede considerar la conveniencia de solici-
tar a consultores una revisión de los elementos crí-
ticos del proyecto, o de todo el proyecto. En tales
casos, la revisión debe ser dirigida por profesionales
con experiencia igualo mayor que la de los diseña-
dores originales, es decir, por consultores que sean
independientes del equipo de diseño, ya sean parte
de la misma empresa o de una organización externa.
La revisión debe ser pagada por la organización
que la solicite. En el proyecto puede incluirse la
investigación de las condiciones del sitio, códigos y
reglamentos gubernamentales aplicables, impacto
ambiental, supuestos de diseño, cálculos, dibujos,
especificaciones, diseños alternos, factibilidad de
construcción y apego al programa de construcción.
Los consultores no deben ser considerados como
competidores o reemplazos de los diseñadores ori-
ginales y debe haber un alto nivel de respeto y
comunicación entre ambos grupos. Un informe de
los resultados de la revisión debe enviarse a la
oficina que expida la autorización y al jefe del per-
sonal de construcción.
(ThePeerReviewManual,American Consulting
Engineers Council, 1015 15th St., NW, Washington,
D.C.20005,y PeerReview,a ProgramCuidefor Mem-
bersoftheAssociation
ofSoiland Foundation Engineers,
ASFE, Silver Spring, MD.)
Aplicación del diseño de sistemas _ El
diseño de sistemas puede usarse provechosamente
en todas las fasesdel diseño de un proyecto,pero es
Diseño
desistemas .1.11
más ventajoso en las etapas iniciales. Un sistema
puede sustituirse por otro y eliminarse o combinarse
los elementos en esas etapas, con poco o ningún costo.
En la fase de contratación, el diseño de sistemas
debe aplicarse de preferencia sólo a los detalles. Los
cambios importantes generalmente son muy costo-
sos. Los análisis económicos deben aplicarse a las
especificaciones y al contrato de construcción por-
que de tales estudios pueden obtenerse ahorros
significativos.
El diseño de sistemas se debe aplicar en la etapa
de construcción únicamente cuando se requiera por
cambios necesarios en planos o especificaciones. El
tiempo con que se cuenta en esta etapa quizá no sea
el suficiente para realizar estudios concienzudos,
sin embargo el análisis económico deberá aplicarse
tanto como sea posible.
(R.L.Ackoffand M. W.Saseini,Fundamentals
01
OperationResearch,
John Wiley & Sons, mc., New
York;R.J.Aguilar,SystemsAnalysis and Design in
Engineering,Architecture,Construction,andPlanning,
Prentice-Hall, mc., Englewood Cliffs, N.J.; W. W.
Caudill, Architectureby Team,Van Nostrand Rein-
hold Company, New York; F. S. Merritt, Building
EngineeringandSystems
Design,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 Ingeniería económica
En el diseño de sistemas, la meta de los diseñadores
es seleccionar el sistema óptimo, o el mejor, que
satisfaga las necesidades del diseño o cliente. An-
tes que los diseñadores empiecen a trabajar en un
sistema, deben preguntarse si los requerimientos
representan las necesidades reales del cliente. ¿Pue-
den ser menos rigurosos los criterios y las normas
que afectan el diseño? Éste es el primer paso en la
aplicación de la ingeniería económica a un proyecto.
Después que los criterios y normas se reconside-
raron, aprobaron o revisaron, los diseñadores crean
uno o más sistemas para satisfacer los requerimien-
tos y, después, seleccionan un sistema para el análi-
sis de costos. En seguida, se preguntan si el sistema
escogido proporciona el mejor valor al más bajo
costo. La ingeniería económica es un procedimiento
muy útil para contestar interrogantes y seleccionar
la mejor alternativa si es que la solución del mismo
indica que es la adecuada.

30. 1.12 . Sección
uno
La ingeniería económicaes la aplicación del método
científico para el estudio de los valores de los sistemas.
(El método científico se describió en la sección 1.9)
El objetivo principal de la ingeniería económica,
tal como se aplica en los proyectos de ingeniería
civil, es la reducción de los costos inicial Ydel ciclo
de vida (sección 1.6). En estos términos, la ingenie-
ría económica se propone uno de los objetivos del
diseño de sistemas, que tiene como meta global la
producción de un proyecto óptimo o el mejor (no
necesariamente el más bajo en costos) y debe incor-
porarse dentro del procedimiento del diseño de
sistemas, como se indica en la sección 1.9.
A quienes dirigen o administran los estudios
económicos, a menudo se les llama ingenieros o
analistas de costos. Ellos por lo regular se organizan
dentro de un grupo interdisciplinario, que encabeza
un coordinador, para hacer los estudios económicos
de proyectos específicos. Sin embargo, a veces un
individuo, como por ejemplo un contratista experi-
mentado, lleva a cabo los servicios de ingeniería
económica por honorarios o por un porcentaje de
los ahorros que logre realizar.
Análisis de valor 8 El valor es una medida
de los beneficios anticipados de un sistema o de la
contribución de un componente al funcionamiento
de un sistema. Estamedición debe servir comoguía
cuando se evalúan diversas alternativas de funcio-
namiento de un sistema. Con referenciaa compara-
cionesde sistemas, por logeneral seconsideran sólo
valores relativos; los valores tomados en cuenta
tienen ventajas y desventajas, los primeros se con-
sideran positivos y los segundos negativos. En las
comparaciones de sistemas es posible por ello que
los valores de un componente de un sistema sean
negativos y se resten del valor total del sistema.
Las evaluaciones de sistemas serían relativa-
mente fácilessi el comportamiento de los sistemas
pudiera siempre valuarse en términos monetarios;
en tal caso los costos y beneficios podrían compa-
rarse directamente. Sin embargo, los valores a me-
nudo deben basarse en decisiones subjetivas del
cliente. Por ejemplo, ¿cuánto más está dispuesto
el cliente a pagar por estética, prestigio, mejores
relaciones laborales y sociales? En consecuencia,
otros valores no monetarios deben considerarse en
elanálisiseconómico.TáIesconsideracionesrequie-
ren determinar laimportancia relativa de losreque-
rimientos del cliente y sopesar, según el caso, los
valores.
El análisis del valor o económico es la parte del
procedimiento de la ingeniería económica que se
dedica ainvestigar la relación entre los costos y los va-
lores de los componentes de un sistema, los sistemas
y las alternativas de éstos. El objetivo es proporcionar
una guía racional para seleccionar el sistema de más
bajo costo que satisfaga las necesidades del cliente.
Escalas de medición 8 Para los propósitos
del análisis del valor, es esencial que la característica
de un componente o sistema al cual se le va asignar
valor, sea perfectamente identificable. Un analista
debe ser capaz de asignar diferentes cifras, no nece-
sariamente monetarias, a los valores que son dife-
rentes. Estas cifras pueden ser de las siguientes
cuatro escalas de medición: relación, intervalo, or-
dinal y nominal.
Escala de relación 8 Esta escala tiene la pro-
piedad de que si a cualquier característica de un
sistema se le asigna un valor numérico k, a cualquier
característica que sea n veces más grande se le debe
asignar un valor numérico nk. A la ausencia de la
característica se le asigna el valor cero. Este tipo de
escala se usa comúnmente en ingeniería, en especial
en las comparaciones de costos. Por ejemplo, si se le
asigna un valor de $10 000 a un sistema A y $5000 a
un sistema B,se dice entonces que A es el doble de B.
Escala de intervalos 8 Esta escala tiene la
propiedad de que intervalos iguales entre valores
de la escala representan diferencias iguales en las
características que se midieron; la escala cero se
asigna arbitrariamente. La escala Celsius de medi-
ción de temperatura es un buen ejemplo de escala
de intervalos. El cero se establece arbitrariamente
como la temperatura a la cual se congela el agua y
no indica ausencia de calor. Al punto de ebullición
del 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 pesar
de la arbitrariedad de la selección del punto cero, la
escala es muy útil en la medición de calor. Por
ejemplo, el cambio de temperatura de un objeto de
40 a 60"C, que es un incremento de 20"C, requiere
dos veces más calor que el cambio de la temperatura
de 45 a 55"C, que es un incremento de 10"C.
Escala ordinal 8 Esta escala tiene la propie-
dad de que la magnitud de un valor numérico
asignado a una característica indica si un sistema

31. tiene más o menos de la característica que otro, o si
es igual con respecto a esa característica. Por ejem-
plo, en la comparación de la privacía proporciona-
da por diferentes tipos de muros en un edificio, a
cada tipo de muro pudo habérsele asignado un
número que lo clasifique de acuerdo al grado de
privaáa que proporciona. A muros que proporcio-
nan mayor privaáa se les dan números más altos.
Las escalas ordinales se usan comúrunente cuando
los valores deben basarse en juicios subjetivos de
diferencias no cuantificables entre los sistemas.
Escala nominal _ Esta escala tiene la propie-
dad de que los valores numéricos, asignados a una
característica de los sistemas que se comparan, in-
dican exclusivamente si los sistemas difieren en
ésta, pero no puede asignársele ningún valor a la
diferencia. Este tipo de escala se usa por lo general
para indicar la presencia o ausencia de una caracte-
rística o componente. Por ejemplo, la ausencia de
medios de acceso para el mantenimiento de un
equipo puede representarse por un cero o un espa-
cioen blanco, mientras que la presencia de tal acceso
puede denotarse por un 1 o un x.
Ponderar _ En la práctica, el costo de cons-
trucción es sólo un factor, tal vez el único con valor
Diseño
desistemas .1.13
monetario de muchos factores que pueden ser
evaluados en la comparación de sistemas. Ocasio-
nalmente algunas de las otras características del
sistema pueden ser más importantes para el due-
ño que los costos. En tales casos, la comparación
se hace utilizando la escala ordinal para clasificar
cada característica y posteriormente sopesar las
calificaciones de acuerdo a la importancia que
para el cliente tienen las características.
Como un ejemplo del uso de este procedimiento,
se muestra en la tabla 1.1 el cálculo para la compa-
ración de dos muros divisorios para un edificio. La
alternativa 1 es un muro divisorio metálico; la alter-
nativa 2 es de vidrio y metal.
En la tabla 1.1, en la primera columna, se listan
las características que interesan para hacer la com-
paración. Los números de la segunda columna in-
dican la importancia relativa para el cliente de cada
característica:el1 denota laprioridad menor y ellO
la prioridad mayor. Éstos son valores. Además, cada
división se clasifica usando la escala ordinal con 10
como el valor más alto, de acuerdo con el grado que
posee cada característica. Esta clasificación se lista
con valores relativos en la tabla 1.1. Para costos de
construcción, por ejemplo, al muro divisorio metá-
lico se le asignó un valor relativo de 10 y al muro
TABLA
1.1 Comparación de alternativas de las divisiones"
Alternativas
"ReUnpreso con autorización de F. S. Merritt, Building Engineering and Systems Design, Van Nostrand Reinhold Company, New York, N. Y.
1 2
Completamente metálica Vidrio y metal
Importancia Valor Valor Valor Valor
Características relativa relativo ponderado relativo ponderado
Costos de construcción 8 10 80 8 64
Aspecto 9 7 63 9 81
Transmisión del sonido 5 5 25 4 20
Privacidad 3 10 30 2 6
VlSibilidad 10 O O 8 80
Movilidad 2 8 16 8 16
Salidas eléctricas 4 O O O O
Durabilidad 10 9 90 9 90
Bajomantenimiento 8 7 56 5 40
Valores totales ponderados 360 397
Costos $12 000 $15 000
Relación de valores a costo 0.0300 0.0265

32. 1.14 . Sección
uno
vidrio-metal de 8, porque el costo del muro metálico
es un poco menor que el otro. En contraste, al muro
divisorio vidrio-metal se le dio un valor relativo por
visibilidad de 8 porque la parte superior es transpa-
rente, mientras que el muro metálico tiene un valor
de Oporque es opaco.
Para completar la comparación, la ponderación
de cada característica se multiplica por el valor
relativo correspondiente a esa característica en di-
cho muro y se coloca en la tabla 1.1 como valor de
ponderación. En lo que respecta a costos de cons-
trucción, por ejemplo, los valores de ponderación
son para el muro divisorio metálico 8 x 10 = 80,Y
para el muro divisorio vidrio-metal 8 x 8 =64. Los
valores de ponderación de cada muro se suman, lo
que resulta 360 para la alternativa 1 y 397 para la
alternativa 2. A pesar de que esto indica que el muro
vidrio-metal es mejor, quizás no sea el mejor desde
el punto de vista del costo. A fin de determinar si lo
es, el valor de ponderación de cada muro se divide
entre su costo. Esto produce 0.0300 para el muro
metálico y 0.0265 para el otro. En estos términos, el
muro divisorio metálico ofrece mayor beneficio con
respecto al dinero invertido y sería el recomendable.
Los cálculos anteriores indican el siguiente pun-
to: en la selección entre sistemas alternativos, sólo
son significativas las diferencias de valores del sis-
tema y necesitan compararse.
Supongamos, por ejemplo, que necesita investi-
garse el efecto económico de adicionar aislamiento
térmico para una edificación. En una comparación,
no es necesario calcular el costo total del edificio con
o sin aislamiento. Por lo regular, basta restar el costo
adicional del aislamiento térmico del decremento
en costo de calefacción y enfriamiento, resultante de
la adición del aislamiento. El ahorro neto propicia-
ría la adición del aislamiento. De este modo puede
llegarse a una decisión sin el cálculo complejo del
costo total del edificio.
Procedimiento para el análisis del valor
. Para el análisis del valor de un proyecto de inge-
niería civil o de uno de sus subsistemas, es acon-
sejable que el cliente o un representante de éste
designen un equipo interdisciplinario y un grupo
coordinador que apruebe el proyecto o proponga
otras alternativas más económicas.Elgrupo coordi-
nador elige las metas del estudio y las prioridades
y puede designar los conjuntos de actividades para
investigar partes del sistema de acuerdo con las
prioridades. Losanalistas económicosdeben seguir
un procedimiento sistemático y científico a fin de
realizar las tareas necesarias que implica el análisis
del valor.Elprocedimiento debe proporcionar:
Un formato expedito para registrar el avance de los
.estudios
La certeza de que se consideró toda la información
necesaria a pesar de que parte de la información no
se hubiere considerado en el desarrollo del sistema
propuesto
Una resolución lógica del análisis, integrado por
componentes que se pueden planear, programar,
presupuestar y valorizar
La mayor reducción del costo se obtiene por
el análisis de todos los componentes del sistema
propuesto. Sin embargo, esto por lo general no es
práctico, debido al corto tiempo de que se dispone
regularmente para el estudio y a que el costo del
mismo se incrementa con el tiempo. Por ello, la
investigación debe concentrarse en los subsistemas
del proyecto cuyo costo es relativamente un alto
porcentaje del costo total, ya que sus componentes
presentan posibilidades de una reducción significa-
tiva del costo.
Durante la faseinicial del análisis del valor, los
analistas deben tener un conocimiento completo
del proyecto y sus sistemas principales al realizar
una revisión rigurosa del programa, de la lista
de los requerimientos, del diseño propuesto y de
toda la información pertinente. Ellos deben definir
también las funciones o propósitos del componen-
te que va a ser estudiado y estimar los costos de
ejecución de funciones. De este modo, el analista
realiza un análisis de sistemas, como se indicó en
la sección 1.3 para los artículos que van a estudiar-
se y estima los costos iniciales de las actividades y
del ciclo de vida.
En la segunda fase del análisis del valor, los
analistas deben cuestionar la efectividad de costo de
cada componente que va a estudiarse (véase sección
1.11). También, mediante el empleo del ingenio y
técnicas de creatividad, deben generar varias alter-
nativas con el fin de que se realicen las funciones
que requieren los componentes. Luego de respon-
der las preguntas de la sección 1.3, los analistas
deben contestar las siguientes preguntas:
¿Eldiseño original y cada alternativa satisfacen las
necesidades de funcionamiento?

33. ¿Cuál es el costo de instalación y del ciclo de vida
de cada componente?
¿Estará disponible cuando se necesite? ¿Se encon-
trará en su momento la mano de obra calificada?
¿Puede eliminarse algún componente?
¿Acuál de los otros componentes afecta la adopción
de una alternativa? ¿Cuál será el resultado de cam-
bios que se hagan en los costos de otros componen-
tes? ¿Habrá un ahorro neto en el costo?
Cuando se está investigando la eliminación de un
componente, los analistas deben considerar si puede
eliminarse una parte; si dos o más partes se combinan
en una y si pueden reducirse los diferentes tipos
de elementos y su tamaño. En caso de que pueden
incrementarse los costos por utilizar elementos no
estandarizados o no disponibles, los analistas deben
pensar en una alternativa más apropiada. Además, se
debe tomar en cuenta la simplificación de la construc-
ción o instalación de los componentes y cierta facili-
dad de mantenimiento y reparación.
En la siguiente fase del análisis económico, los
analistas deben evaluar críticamente el diseño ori-
ginal y las alternativas. La meta última debe ser la
aprobación del diseño original o de una alternativa,
la que ofrezca el mayor valor y presente mayor
posibilidad de ahorro. Los analistas deben presen-
tar también los costos estimados para el diseño
original y las alternativas.
En la fase final, los analistas deben preparar y
presentar al cliente o a los representantes de éste un
reporte escrito sobre el estudio, las recomendacio-
nes resultantes y las memorias de cálculo que con-
tengan la información de apoyo en detalle.
(E.D. Heller,ValueManagement:ValueEnginee-
ringandCostReduction,Addison-WesleyPublishing
Company, Inc., Reading, Mass.; L. D. Miles, Techni-
quesofValueAnalysisand Engineering, McGraw-Hill
BookCompany, 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 Comparaciones
económicas de sistemas
alternativos
En la evaluación de sistemas, los diseñadores o
ingenieros deben tener en cuenta no sólo los costos
Diseño
desistemas . 1.15
iniciales y del ciclo de vida, sino la recuperación
que el cliente desea obtener sobre la inversión en
el proyecto. Primeramente, a un cliente le gusta-
ría maximizar la utilidad, los beneficios o ingresos
acumulados menos los costos globales. También le
gustaría al cliente garantizar que la tasa de recupe-
ración, la relación beneficio-inversión, es mayor que
todo lo siguiente:
Tasa de rendimiento que se estima de otras oportu-
nidades de inversión disponibles
Tasa de interés al pedir dinero en préstamo
Tasa de pagarés o certificados del gobierno
Tasa de rendimiento de acciones de corporaciones
Al cliente le conciernen las tasas de interés por-
que todos los costos representan dinero que se tie-
ne que pedir prestado o invertirse de algún modo a
una tasa de interés corriente. Al cliente le importa
asimismo el tiempo, medido desde la fecha en que
se hace la inversión, porque los costos por intereses
crecen con el tiempo. Por tanto, en las comparacio-
nes económicas de sistemas debe tenerse en cuenta
la tasa de interés y el tiempo. (Los efectos de la
inflación monetaria pueden considerarse en la mis-
ma forma que el interés.)
Una comparación económica de alternativas re-
quiere por lo general la evaluación del capital inicial
invertido, el valor de rescate después de varios
años, el gasto anual y el ingreso anual. En virtud de
que cada elemento en tales comparaciones debe
asociarse con diferentes vidas útiles que se esperan
de los otros elementos, los distintos tipos de costos
e ingresos deben medirse reduciéndolos a una base
común. Esto se hace por:
1. La conversión de todos los costos e ingresos a un
costo anual uniforme equivalente
2. La conversión de todos los costos e ingresos a un
valor presente en un tiempo cero
El valor presenteesel dinero que, invertido en un
tiempocero,produciríaenun tiempoposteriorrequerido
costose ingresosa una tasade interésespecífica.
(En
comparaciones económicas, la conversión debe ba-
sarse en una tasa de recuperación de la inversión
que sea atractiva para el cliente. Ésta no debe ser
menor que la tasa de interés que pagaría el cliente
si el monto de la inversión se hubiese pedido pres-

34. 1.16 . Sección
uno
tado. Por esta razón, a la tasa de rendimiento se le
llama tasa de interés en conversiones). El cálculo
también debe basarse en una estimación real o ra-
zonable de vida útil. El valor de rescate debe tomar-
se como la recuperación que se espera de la venta o
negociación de un artículo, después de un número
determinado de años de servicio. El interés puede
considerarse compuesto anualmente.
Valor futuro 8 Con base en la suposición an-
terior, la suma que se invierte en un tiempo cero se
incrementa con el tiempo a
5 =P(l + i)n (1.6)
Valor presente 8 La solución para P de la
ecuación (1.6) produce el valor presente de la suma
de dinero 5 en una fecha futura:
P =5(1 + i)..... (1.7)
El valor presente de pagos R hecho anualmente
para n años es
P =R1-(1.+zTn
z
El valor presente de los pagos R continuados inde-
finidamente, puede obtenerse de la ecuación (1.8),
haciendo n infinitamente grande:
(1.8)
P=~
i (1.9)
Recuperación del capital 8 Un capital P in-
vertido e~ un tiempo cero puede recuperarse en n
años haciendo pagos anuales:
R =P i =P
[
i + i
]
(1.10)
1 - (1+ z)-n (1+ z)n- 1
Cuando un artículo tiene un valor de rescate V
después de n años, la recuperación del capital R
puede calcularse por la ecuación (1.10),al restar el
valor de rescate elevado V del valor presente del
capital invertido P:
R =[P - V(l + i) ]
[
i + i
]
(1.11)
(1 + zy - 1
Ejemplo: Para ilustrar el uso de las fórmulas ante-
riores, se observa la comparación económica para dos
bombas. Los costos estimados son como sigue:
Loscostosde operación, mantenimiento, reparacio-
nes, impuestos sobre la propiedad y seguros se
incluyen en el costo anual. El método del valor
presente neto se utiliza para la comparación, con
una tasa de interés i =8%.
La conversión de todos los ingresos y egresos a
valor presente debe basarse en una misma vida útil,
aunque las dos bombas tengan diferentes vidas
útiles (10 y 20 años respectivamente). Para los pro-
pósitos de la conversión, puede suponerse que en
el reemplazo de las bombas se repetirá la inversión
y los costos iniciales pronosticados para ellas. (Los
valores futuros, sin embargo, deben corregirse por
la inflación monetaria.) En algunos casos es conve-
niente, a fin de seleccionar la vida común de servi-
cio, buscar el múltiplo común de la vida útil de las
unidades que se están comparando. En otros casos,
puede ser más conveniente suponer que la inver-
sión y el costo anual continúan indefinidamente. Al
valor presente de tales costos anuales se le llama
costo capitalizado.
Para este ejemplo, una vida útil de 20 años se ha
seleccionado, ya que es el mínimo común múltiplo
de 10 y 20. Por tanto se supone que la bomba 1 será
reemplazada al final del décimo periodo a un costo
de $30 000, menos el valor de rescate. Similarmente,
se acepta que la unidad reemplazada tendrá el mis-
mo valor de rescate después de 20 años.
El cálculo en la tabla 1.2 indica que el valor
presente del costo neto de la bomba 2 es menor que
el de la bomba 1. Si el costo fuera la única conside-
ración, la adquisición de la bomba 2 sería recomen-
dada.
donde 5 = cantidad futura de dinero, equiva-
lente a P al final de n periodos, con
una tasa de interés i
i = tasa de interés
n = número de periodos de interés
(años)
P = suma de la cantidad invertida en un
tiempo cero
= valor presente de 5
Bomba 1 Bomba 2
Costo inicial $30 000 $50 000
Vida útil (años) 10 20
Valor de rescate $5000 $10 000
Costos anuales $3000 $2000