manual del ingeniero civil

802 Pages·2009·48.78 MB·Spanish

MANUAL DEL
INGENIERO CIVIL
Cuarta Edición
(Tercera edición en español)
Frederick S. Merritt Editor
Consulting Engineer
West Palm Beach, Florida
M. Kent Loftin Editor
Chief Civil Engineer
South Florida Water Management District
West Palm Beach, Florida
Jonathan T. Ricketts Editor
Consulting Engineer
Palm Springs, Florida
TRADUCCiÓN Y REVISiÓN TÉCNICA
Eduardo Ramírez Grycuk
I
.¡
COLABORADORES
José de la Cera Alonso
Ingeniero Civil
José Hernán Pérez Castellanos
Ingeniero Industrial
Jorge Humberto Romo Muñoz
Ingeniero en Electrónica
McGraw-HiII
MÉXICO • BUENOS AIRES • CARACAS • GUATEMALA • LISBOA • MADRID
NUEVA YORK • SAN JUAN • SANTAFÉ DE BOGOTÁ • SANTIAGO • sAo PAULO
AUCKLAND • LONDRES. MILÁN • MONTREAL • NUEVA DELHI • SAN FRANCISCO
SINGAPUR • ST. LOUIS • SIDNEY • TORONTO
,j
"1
La información contenida en este trabajo ha sido obtenida por The McGraw-Hill Companies, Inc.
procedente de fuentes dignas de crédito. No obstante, ni McGraw-Hill ni los autores garantizan
la exactitud o perfecciqn de la información publicada. Ni McGraw-Hill ni los autores serán
responsables de cualquier error, omisión o daño ocasionado por el uso de esta información. Este
trabajo se publica con el reconocimiento expreso de McGraw-Hill y de los autores, éstos están
proporcionando información, pero no tratando de prestar ningún tipo de servicio profesional o
técnico. Si tal servicio fuera necesario, dirijase a un profesional adecuado para tal fin.
Gerente de producto: Mario Alberto Bernal
Supervisor editorial: Eduardo Mendoza Tello
Supervisor de producción: Juan José García
Supervisor de diseño de portada: Alfredo Guillén
MANUAL DEL INGENIERO CIVIL
Prohibida la reproducción total o parcial de esta obra,
por cualquier medio, sin autorización escrita del editor
DERECHOS RESERVADOS © 1999, respecto a la tercera edición en español por
McGRAW-HILLlINTERAMERICANA EDITORES, S. A. DE C. V.
Una División de The McGraw-Hill Companies, Inc., U. S. A.
Cedro Núm. 512, Col. Atlampa
Delegación Cuauhtémoc
C. P. 06450, México, D. F.
Miembro de la Cámara Nacional de la Industria Editorial Mexicana,
Reg. Núm. 736
ISBN 970-10-2254-8 Obra completa, 2 tomos (México, Centroamérica, Puerto Rico y Cono Sur)
ISBN 970-10-2255-6 Tomo I
ISBN 970-10-2256-4 Tomo 11
ISBN 970-10-2249-1 Obra completa, tomo único (España)
ISBN 970-10-2250-5 Obra completa, 3 tomos (Colombia, Venezuela y Chile)
ISBN 970-10-2251-3 Tomo I
ISBN 970-10-2252-1 Tomo 11
ISBN 970-10-2253-X Tomo 111
Translated from fourth English edition of
STANDARD HANDBOOK FOR CIVIL ENGINEERS
Copyright © MCMXCVI by McGRAW-HILL, INC., U. S. A.
Esta obra se terminó de
ISBN 0-07-041597-8 imprimir en Abril del 2004 en
Programas Educativos S.A. de C.V.
Calz. Chabacano No. 65-A
Col. Asturias C:P: 06850 México. D.F.
Empresa certificada por el Instituto Mexicano
4567890123 1.0.-99 09876532104 de Normalización y Certificacion A.C. bajo la
Norma ISO-9002,1994/NMX-CC-04: 1995 con
el núm. de registro RSC-048 y bajo la Norma
ISO-14001:1996/SAA-1998, con el núm. de
Impreso en México Printed in Mexico registro RSAA-003
Contenido
Colaboradores xxiii
Acerca de los editores xxv
Prólogo xxvii
Sección 1. Diseño de sistemas por Frederick 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, objetivos y criterios / 1.4
1.5 Restricciones y 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 económicas de sistemas alternativos / 1.15
1.12 Administración de riesgo / 1.17
Sección 2. Administración del trabajo de diseño por Frank Muller 2.1
2.1 ¿En dónde se emplean los ingenieros civiles? /2.1
2.2 Formas de organización de ingenieros asesores / 2.3
2.3 Clientes de los servicios de ingeniería / 2.5
2.4 Alcance de los servicios de ingeniería / 2.6
2.5 Selección de asesores / 2.8
2.6 Contratos y honorarios por servicios de 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 Asociaciones profesionales / 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 Especificaciones estándar / 3.6
3.5 Especificaciones maestras / 3.6
3.6 Disposiciones generales de las especificaciones / 3.7
3.7 Especificaciones técnicas / 3.12
3.8 Publicaciones y adjudicaciones de contratos / 3.16
3.9 Redacción de las especificaciones: estilo y forma / 3.18
3.10 Procesamiento automatizado de palabras de especificaciones / 3.22
V
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 de construcciones por Jonathan T. Ricketts 4.1
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 / 4.1 O
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
Sección 5. Materiales para construcción por L. Reed Brantley y Ruth T. Brantley 5.1
Materiales cementosos
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 polímeros /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 albañilería y losetas
5.20 Unidades de hormigón para mampostería / 5.52
5.21 Ladrillos de arcilla o pizarra / 5.53
Contenido • vii
5.22 Losetas de arcilla estructural / 5.53
5.23 Losetas de cerámica / 5.53
5.24 Terracota estructural / 5.55
5.25 Albañilería de piedra / 5.55
Materiales orgánicos
5.26 Madera / 5.58
5.27 Plásticos / 5.61
5.28 Elastómeros o hules sintéticos / 5.66
5.29 Materiales geosintéticos / 5.67
5.30 Referencia de materiales orgánicos / 5.69
Sellos de juntas
5.31 Compuestos de calafateo / 5.70
5.32 Selladores / 5.70
5.33 Juntas de empaque / 5.71
5.34 Referencias de sellos de junta / 5.71
Pinturas y otros recubrimientos
5.35 Pinturas / 5.71
5.36 Acabados comerciales / 5.72
5.37 Recubrimientos industriales / 5.72
5.38 Secadores, adelgazadores y pigmentos para pinturas / 5.73
5.39 Referencias de pinturas y recubrimientos /5.74
Materiales compuestos
5.40 Tipos de materiales compuestos / 5.74
5.41 Sistemas matriciales / 5.75
5.42 Sistemas emparedados / 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 Referencias de materiales compuestos / 5.77
Influencias ambientales
5.47 Efectos térmicos / 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 Referencias de influencias ambientales / 5.82
Sección 6. Teoría estructural por Frederick S. Merritt 6.1
6.1 Integridad estructural / 6.1
Equilibrio
6.2 Tipos de cargas / 6.2
6.3 Equilibrio estático / 6.3
Esfuerzo y deformación
6.4 Esfuerzo y deformación unitaria / 6.4
6.5 Relaciones esfuerzo-deformación / 6.4
i viii • Contenido
l¡
;111 6.6 Esfuerzo unitario constante / 6.7
6.7 Razón de Poisson / 6.8
6.8 Esfuerzos térmicos / 6.8
6.9 Esfuerzos axiales en miembros compuestos / 6.8
6.10 Esfuerzos en tubos y recipientes a presión / 6.9
6.11 Energía de deformación / 6.9
Esfuerzos en un punto
6.12 Notación del esfuerzo / 6.10
6.13 Componentes de esfuerzo / 6.11
6.14 Esfuerzo bidimensional / 6.11
6.15 Esfuerzos principales / 6.12
6.16 Esfuerzo cortante máximo en un punto / 6.12
6.17 Círculo de Mohr / 6.12
6.18 Torsión / 6.13
Vigas rectas
6.19 Tipos de vigas / 6.15
6.20 Reacciones / 6.16
6.21 Fuerzas internas / 6.17
6.22 Diagramas de fuerza cortante /6.18
6.23 Diagramas de momento flexionan te / 6.18
6.24 Relación fuerza cortante-momento flexionante / 6.20
6.25 Cargas móviles y líneas de influencia / 6.20
6.26 Momento flexionante máximo / 6.22
6.27 Esfuerzos de flexión en una viga / 6.22
6.28 Momento de inercia / 6.23
6.29 Módulo de sección / 6.25
6.30 Esfuerzos cortantes en una viga / 6.25
6.31 Esfuerzo combinado por cortante y flexión /6.25
6.32 Deflexiones en vigas / 6.25
6.33 Flexión asimétrica / 6.27
6.34 Cargas combinadas axial y de flexión / 6.29
6.35 Carga excéntrica / 6.29
6.36 Vigas con secciones no simétricas / 6.33
Vigas curvas
6.37 Esfuerzos en vigas curvas / 6.34
6.38 Pendiente y deflexión de vigas curvas / 6.35
Pandeo de columnas
6.39 Equilibrio de columnas / 6.35
6.40 Curvas para columnas / 6.38
6.41 Comportamiento de columnas reales / 6.39
Fundamentos de la estática gráfica
6.42 Polígonos de fuerza / 6.40
6.43 Polígonos de equilibrio / 6.40
Esfuerzos en armaduras
6.44 Características de las armaduras / 6.42
6.45 Notación de Bow / 6.42
~P"------------""""""""""""""""'"
Contenido • ix
6.46 Método de las secciones para armaduras / 6.42
6.47 Cargas móviles en armaduras y trabes / 6.46
6.48 Contradiagonales / 6.49
6.49 Esfuerzos en armaduras debido a fuerzas laterales / 6.50
6.50 Armaduras complejas / 6.52
Métodos generales para el análisis estructural
6.51 Trabajo virtual / 6.52
6.52 Energía de deformación / 6.53
6.53 Método del trabajo mínimo / 6.54
6.54 Método de la carga virtual unitaria para desplazamientos / 6.54
6.55 Teorema recíproco y líneas de influencia / 6.57
6.56 Métodos de superposición / 6.58
6.57 Matrices de coeficientes de influencia / 6.59
Vigas y marcos continuos
6.58 Momentos transportados y de empotramiento /6.62
6.59 Ecuaciones pendiente-desviación / 6.67
6.60 Distribución de momentos / 6.70
6.61 Momentos máximos en marcos continuos / 6.73
6.62 Factores de influencia de momento / 6.75
6.63 Procedimiento para desplazamiento lateral / 6.75
6.64 Distribución de la carga a marcos y muros de cortante / 6.77
6.65 Vigas con esfuerzos plásticos / 6.79
Métodos del elemento finito
6.66 Métodos de fuerzas y métodos de desplazamientos / 6.81
6.67 Matrices de flexibilidad y rigidez del elemento / 6.82
6.68 Método de los desplazamientos (o de la rigidez) / 6.83
Fuerzas en arcos
6.69 Arcos de tres articulaciones / 6.85
6.70 Arcos de dos articulaciones / 6.85
6.71 Fuerzas en costillas de arco / 6.88
Estructuras de pared delgada (cascarones)
6.72 Análisis de cascarones / 6.89
6.73 Teoría de la membrana para cascarones / 6.89
6.74 Teoría de la flexión para cascarones / 6.90
6.75 Esfuerzos en cascarones delgados / 6.91
Placas plegadas
6.76 Teoría de las placas plegadas / 6.91
6.77 Método Yitzhaki para placas plegadas / 6.93
Estructuras soportadas por cables
6.78 Cables simples / 6.94
6.79 Sistemas de cables / 6.99
Dinámica estructural
6.80 Propiedades de los materiales bajo carga dinámica / 6.101
6.81 Periodo natural de vibración / 6.102
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
Sección 7. Ingeniería geotécnica por Mohamad H. Hussein y Frederick S. Merritt 7.1
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
11 Cimentaciones profundas
I
7.14 Aplicaciones de pilotes / 7.36
7.15 Tipos de 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 especificación de 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