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Mdulo de Diseo de

obras de infraestructuraSABER PRO 2013 - 2

Mdulo de Diseo deobras de infraestructura

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Mdulo de diseo en ingeniera

El diseo de productos tecnolgicos (artefactos, procesos, sistemas e infraestructura) est en el centro de la naturaleza de la ingeniera. El diseo en ingeniera es un proceso sistemtico, creativo y flexible, sustentado en las matemticas, las ciencias naturales y las ciencias de la ingeniera, que incluye la generacin, la evaluacin sistemtica y la puesta a prueba de especificaciones para la creacin de artefactos, sistemas, procesos e infraestructura cuya forma y funcin permitan lograr unos objetivos establecidos y satisfacer una serie de restricciones especificadas a partir de una necesidad o situacin problemtica.

Disear en ingeniera un producto tecnolgico se caracteriza por:

1. Ser una estrategia para resolver cierto tipo de problemas desde la perspectiva de la concepcin de productos tecnolgicos.

2. Ser un proceso iterativo de toma de decisiones.3. Ser un problema abierto, en general dbilmente estructurado, con mltiples soluciones.4. Para el caso de ingeniera, el producto final de la actividad de diseo es un producto

tecnolgico entendido ste como un artefacto, un proceso o un sistema que debe ser operado econmicamente y que cumple con especificaciones y restricciones.

5. El trmino artefacto se utiliza para designar una amplia gama de productos fsicos, como una mquina, un dispositivo, un puente, un automvil, un bien de consumo que involucra tecnologa en su desarrollo y puesta en el mercado para satisfacer necesidades. Implica la transformacin de la materia para generar elementos con funcionalidades y caractersticas nuevas que buscan resolver necesidades existentes o potenciales.

6. La utilizacin intensiva explcita o implcita del conocimiento matemtico y cientfico es un pilar central de todo proceso de diseo en ingeniera.

El desarrollo cognitivo que se requiere para disear tiene un componente transversal a las especialidades de ingeniera.

Estos mdulos evalan aprendizajes relacionados con la competencia: Planifica y concibe productos tecnolgicos como artefactos, sistemas o procesos, mediante la integracin de conocimientos y principios de las matemticas, ciencias, tecnologa y ciencias de la ingeniera, con el fin de satisfacer necesidades y cumplir con requerimientos y restricciones tcnicas, financieras, de mercado, ambientales, sociales, ticas y econmicas.

3En cada mdulo se abordan procesos relacionados con tres momentos o componentes del diseo:

1. Formular el problema de diseo.

Evala la competencia del estudiante para identificar y formular un problema de diseo a partir del anlisis de una situacin contextualizada, basado en informacin que puede ser incompleta, sobrante o incierta.

Para ello se busca observar los siguientes desempeos:

1.1 Comprender e interpretar en un marco tcnico la informacin para identificar el problema que se requiere resolver en un contexto especfico.

1.2 Diferenciar y plantear restricciones y requerimientos del producto tecnolgico a disear.1.3 Formular especificaciones de entrada para el diseo del producto tecnolgico.

2. Proponer, analizar y evaluar alternativas de solucin para seleccionar la ms conveniente.

Evala la competencia del estudiante para analizar alternativas de solucin y seleccionar la ms adecuada teniendo en cuenta criterios de tipo tcnico, econmico, financiero, social, tico y ambiental.

Los desempeos que se pretenden evaluar son:

2.1 Reconocer alternativas viables de solucin para satisfacer requerimientos, restricciones y especificaciones tcnicas de diseo.

2.2 Comparar alternativas de solucin de acuerdo con criterios determinados.2.3 Seleccionar la alternativa de solucin ms adecuada.

3. Especificar en forma detallada el producto tecnolgico y sus componentes.

Evala la competencia del estudiante para aplicar los conocimientos de las matemticas, las ciencias, la tecnologa y las ciencias de la ingeniera para especificar en forma detallada un producto tecnolgico.

Los desempeos que se pretenden evaluar son:

3.1 Realizar clculos y procedimientos necesarios para detallar el producto tecnolgico y sus componentes.

3.2 Plantear especificaciones para el proceso de desarrollo del producto tecnolgico.3.3 Revisar, verificar y validar que una solucin cumpla con las especificaciones tcnicas de diseo.

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Este mdulo est diseado para evaluar las habilidades del estudiante en la competencia de diseo en ingeniera, basada en desempeos coherentes con la formacin de estudiantes de ingeniera, con un nivel del 75 % del plan de estudios de pregrado. Por ello, la prueba exige un nivel de conocimientos y de desenvolvimiento tcnico en el contexto de aplicacin que supere los retos del sentido comn, de la lgica elemental y de la comprensin de lectura.

EVALUACIN DE LA COMPETENCIA DISEO EN INGENIERA A TRAVS DE CASOS Y PREGUNTAS INDEPENDIENTES

Cada mdulo de diseo en ingeniera, incluye la descripcin de casos (situaciones problema) del que se desprenden varias preguntas. Para la descripcin de cada caso se hace uso de textos, grficas, tablas, esquemas, ecuaciones o de cualquier otro tipo de representacin que le permita al estudiante entender la problemtica que se plantea y resolver las preguntas que se hacen a partir de la misma.

Todas las preguntas son de seleccin mltiple con nica respuesta y constan de cuatro opciones, de las cuales solamente una es correcta. Estas preguntas deben analizarse y responderse teniendo en cuenta la informacin presentada en cada caso.

Con el fin de evaluar la competencia que han logrado los estudiantes en relacin con el diseo en ingeniera, se definieron 6 contextos de aplicacin para el diseo:

1. Diseo de obras de infraestructura2. Diseo de procesos industriales3. Diseo de sistemas de control4. Diseo de sistemas mecnicos5. Diseo de sistemas productivos y logsticos6. Diseo de software

A continuacin se describen las caractersticas del contexto de aplicacin de Diseo de obras de infraestructura:

5Las obras necesarias para proveer a la poblacin de servicios pblicos esenciales se denominan obras de infraestructura. As, las carreteras, los puertos, los puentes y los tneles permiten el transporte de bienes y pasajeros; los acueductos y los alcantarillados: el abastecimiento de agua potable y la evacuacin de las aguas servidas; los embalses, los tneles a presin y las mquinas hidrulicas: la generacin de energa hidroelctrica; los sistemas de sostenimiento y las medidas de proteccin morfolgica de los terrenos: la sostenibilidad ambiental; las estructuras, los cimientos y las instalaciones: los edificios pblicos como hospitales, escuelas, plantas y otras obras pblicas.

El diseo de obras de infraestructura es un proceso complejo de concepcin, anlisis, creatividad e ingenio, clculo y discernimiento que se traduce en una ubicacin precisa, unas memorias de clculo, unas especificaciones tcnicas y unos planos detallados mediante los cuales se pueda materializar una obra para cumplir con las necesidades de la comunidad y para garantizar su estabilidad, durabilidad y funcionalidad, tanto en condiciones corrientes como en presencia de eventuales amenazas naturales.

Programas de ingeniera que aplican a este contexto

Ingeniera Civil

Productos tecnolgicos objeto del diseo de obras de infraestructura

Infraestructura de transporte: Las carreteras, puentes, tneles, canales, aeropuertos, vas frreas y puertos, las cuales habilitan el transporte de bienes y pasajeros.

Edificaciones pblicas: las estructuras, los cimientos y la fontanera son bsicos para la construccin de edificios pblicos y privados (como hospitales, escuelas, viviendas, entre otros).

Acueductos y alcantarillados: los acueductos y alcantarillados permiten el abastecimiento de agua potable y evacuacin de aguas servidas.

Los embalses, presas y los tneles a presin son utilizados para la generacin hidroelctrica.

Obras de defensa y mitigacin de riesgos hidrulicos y geotcnicos.

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reas conceptuales de referencia

El mdulo exige el manejo y aplicacin de conocimientos relacionados con los fundamentos culturales, sociales, econmicos y geogrficos que permitan justificar la necesidad y la magnitud de las obras requeridas de infraestructura; de ciencias naturales como la fsica clsica, la geologa y la hidrologa para ingenieros; de ciencias de la ingeniera como mecnica de slidos, mecnica de fluidos, mecnica de suelos, resistencia de materiales y los materiales de construccin.

As mismo, requiere el manejo de herramientas de ingeniera como dibujo, topografa y clculo numrico bsico; de ingeniera estructural, ingeniera hidrulica, ingeniera geotcnica, ingeniera de carreteras, acueductos y las plantas de tratamiento, sistemas de conduccin y construccin que incluye los aspectos relacionados con programacin de obra, presupuesto y mtodos constructivos convencionales.

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PREGUNTAS MDULO DISEO DE OBRAS DE INFRAESTRUCTURA

CONTESTE LAS PREGUNTAS 1 A 7 DE ACUERDO CON EL CASO 2

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Clave C

AfirmacinAplica los conocimientos de las matemticas, las ciencias, la tecnologa y las ciencias de la ingeniera para especificar en forma detallada un producto tecnolgico.

EvidenciaRealiza clculos y procedimientos necesarios para detallar el producto tecnolgico y sus componentes.

PREGUNTA 1.

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Justificacin

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PREGUNTA 2.

Clave A

AfirmacinAplicar los conocimientos de las matemticas, las ciencias, la tecnologa y las ciencias de la ingeniera para especificar en forma detallada un producto tecnolgico.

EvidenciaPlantea especificaciones para el proceso de desarrollo del producto tecnolgico.

Justificacin

La pendiente de la curva de desplazamiento contra tiempo es igual a la velocidad del movimiento del talud. Si esa velocidad es creciente, la curva es cncava hacia arriba y la posibilidad de un deslizamiento es inminente. Por ello la clave es la A.

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PREGUNTA 3.

La condicin de mayor inestabiliad de laderas se presenta en la alternativa.

A. 1B. 2C. 3D. 4

Clave D

AfirmacinAplica los conocimientos de las matemticas, las ciencias, la tecnologa y las ciencias de la ingeniera para especificar en forma detallada un producto tecnolgico.

EvidenciaRealiza clculos y procedimientos necesarios para detallar el producto tecnolgico y sus componentes.

Justificacin

En el plano topogrfico de la Figura No. 1 del contexto, se aprecia en el cuadrngulo comprendido entre las ordenadas X=10.600 m y X=10.800 m y las abscisas Y=95.000 m y Y=97.000 m, un deslizamiento inmenso. El retroceso de las lneas de nivel hacia la parte alta (cota 2.500 msnm) y su adelantamiento en la parte baja, que ocasionan incluso el desplazamiento del Ro Bravo contra la ladera Occidental, son una demostracin indiscutible de un proceso de movimiento de masas de tierra que se desprenden de la parte alta y se acumulan hacia abajo. La Alternativa No. 4, entre las abscisas K2+500 y K3+800, pasa sobre ese deslizamiento. Como eso no se puede permitir directamente, es necesario estabilizar el talud o eludir el problema. Una forma de eludirlo es desviando el trazado o construyendo un viaducto (puente) que garantice que la va no estar en contacto con el terreno. Si se construye el perfil del terreno en esa parte de la va se obtiene la siguiente figura en que se observa la zona del deslizamiento dentro de un rectngulo. El solo trazado sugiere que se ha pensado en un viaducto. Tambin podra pensarse en construir un terrapln; claro que construir un relleno sobre un deslizamiento es descabellado, a menos que se construya un muro de contencin.

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Justificacin

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PREGUNTA 4.

Clave D

AfirmacinAplica los conocimientos de las matemticas, las ciencias, la tecnologa y las ciencias de la ingeniera para especificar en forma detallada un producto tecnolgico.

EvidenciaRealiza clculos y procedimientos necesarios para detallar el producto tecnolgico y sus componentes.

Justificacin

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PREGUNTA 5.

Clave B

AfirmacinIdentifica y formula un problema de diseo a partir del anlisis de una situacin contextualizada, basado en informacin que puede ser incompleta, sobrante o incierta.

EvidenciaDiferencia y plantea restricciones y requerimientos del producto tecnolgico a disear.

Justificacin

Para que un vehculo se salga de la va es necesario que haya una curva en la carretera, o que el conductor gire voluntaria o involuntariamente, o que se presenten desperfectos mecnicos que hagan que el carro cambie de direccin. Como aqu estamos haciendo referencia al diseo de carreteras, la atencin debe centrarse en las caractersticas de las curvas que contemplen las diferentes alternativas. Es decir, el problema se relaciona con los radios de curvatura, o con la curvatura, que es el inverso del radio.

Contina abajo

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Justificacin

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Clave B

AfirmacinAnaliza alternativas de solucin y selecciona la ms adecuada teniendo en cuenta criterios de tipo tcnico, econmico, financiero, social, tico y ambiental.

EvidenciaReconoce alternativas viables de solucin para satisfacer requerimientos, restricciones y especificaciones tcnicas de diseo.

Justificacin

En el plano topogrfico resalta la prominente elevacin del Parque Natural el Cndor que est a una cota superior a los 2.800 m.s.n.m. En promedio las carreteras tienen una cota cercana a los 2.550 m.s.n.m. Obviamente, las alternativas que estn en la zona de ese parque estn a una profundidad de alrededor de 300 m bajo el nivel del terreno. Sin duda, se requiere de un tnel.

Observando el plano topogrfico y contrastndolo con los perfiles de las vas, es bastante claro que en las alternativas 2 y 3, en la vertiente occidental del Ro Bravo, se deberan hacer excavaciones del orden de 300 m de profundidad. Con todo detalle, aunque no es necesario hacerlo obligatoriamente, eso se hara evidente al sobreponer los perfiles del terreno y de la va como se muestra a continuacin:

PREGUNTA 6.

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Alternativa No. 2

Alternativa No. 3

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Clave B

AfirmacinAnaliza alternativas de solucin y selecciona la ms adecuada teniendo en cuenta criterios de tipo tcnico, econmico, financiero, social, tico y ambiental.

Evidencia Compara alternativas de solucin de acuerdo con criterios determinados.

Justificacin

PREGUNTA 7.

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