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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DEL DRENAJE SANITARIO SECTOR LA LAGUNETA ALDEA DON JUSTO Y
PAVIMENTACIÓN CALLE PRINCIPAL LA SALVADORA 1. DEL MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA, GUATEMALA
Adán Enrique Arévalo Aquino Asesorado por Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, febrero de 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DEL DRENAJE SANITARIO SECTOR LA LAGUNETA ALDEA DON JUSTO Y
PAVIMENTACIÓN CALLE PRINCIPAL LA SALVADORA 1. DEL MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA,
GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
Adán Enrique Arévalo Aquino ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, FEBRERO DE 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO: Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL Ι: Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL ΙΙ: Lic. Amahán Sánchez Alvarez
VOCAL ΙΙΙ: Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL ΙV: Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V: Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO: Ing. Carlos Humberto Pérez Rodríguez
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO: Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR: Ing. Carlos Salvador Gordillo García
EXAMINADOR: Ing. Juan Merc
EXAMINADOR: Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
SECRETARIO: Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San
Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación
titulado:
DISEÑO DEL DRENAJE SANITARIO SECTOR LA LAGUNETA ALDEA DON
JUSTO Y PAVIMENTACIÓN CALLE PRINCIPAL LA SALVADORA 1. DEL
MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA, GUATEMALA
Tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Civil
con fecha de julio de 2004.
Adán Enrique Arévalo Aquino
ACTO QUE DEDICO A
DIOS Fortaleza espiritual.
MIS PADRES: Rafael Enrique Arévalo Pérez
Por ser parte integral en mi vida.
María del Carmen Aquino de Arévalo Por su amor y consejos.
MIS HERMANOS Hairon Rafael, Ronald Estuardo, Erick Omar y Evelyn Isabel.
Espero que permanezcamos unidos cosechando
logros, con cariño.
MI FAMILIA En especial las luces de mi vida mis tres sobrinas y mis cuñadas, con amor y respeto.
MIS AMIGOS Alexis Aceituno, Erick Montenegro, Gerson Díaz,
Sergio Gómez, Hugo Alejandro Galvez, Angel Méndez, Estuardo Ayala, Clarah Lopez y Edgar Alburez. Por ser mis grandes amigos para siempre.
AGRADECIMIENTOS
Al Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta y la Inga. Carmen Mérida, por
su valiosa colaboración en la asesoría, revisión y corrección del presente
trabajo de graduación.
A la Municipalidad de Santa Catarina Pinula, por su colaboración al
permitirme desarrollar mi trabajo de graduación en su localidad.
A la Facultad de Ingeniería, por haber participado durante toda mi
formación académica.
A la Universidad de San Carlos de Guatemala, por haberme albergado
todos estos años en tan prestigiosa casa de estudios.
I
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Vll LISTA DE SIMBOLOS lX GLOSARIO Xll RESUMEN Xlll OBJETIVOS XlX INTRODUCCIÓN XX 1. MONOGRAFÍA DEL MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA
1.1. Generalidades..........................…………………………………. 1
1.1.1. Nombre de la comunidad………………………………. 1
1.1.2. Reseña histórica......………………………………......... 1
1.1.3. Fiesta titular......………………………………................ 2
1.1.4. Ubicación y localización......……………………............ 2
1.1.5. Extensión territorial......…...………………………......... 3
1.1.6. Clima y precipitación anual......……………………....... 3
1.1.7. Actividades socioeconómicas......……….………......... 3
1.2. Salud...............……………………………………………………. 4
1.2.1. Condiciones sanitarias..................................................... 4
1.3. Aspecto socio cultural...............…………………………....……. 5
1.3.1. Educación....................…...………………………......... 5
1.3.2. Instituciones existentes............……………………....... 5
1.3.3. Analfabetismo...............................……….………......... 6
II
2. DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO 2.1. Diseño de drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don
Justo...............................................................………...................7 2.1.1.
Alcances del proyecto………………………………… 7
2.2. Estudio de topografía.....………………....................……….... 7
2.2.1. Levantamiento topográfico…….....………………….. 7
2.2.2. Planimetría y altimetría……………………………....... 8
2.3. Periodo de diseño...........………………....................…..….... 9
2.4. Cálculo de población futura...........……....................…..….... 9
2.5. Factor Hardmond.............………………....................…......... 10
2.6. Velocidad de diseño.............…...………....................…..…....11
2.6.1. Velocidad de arrastre........…….....…………............. 11
2.6.2. Cálculo de caudales....……………………………....... 12
2.6.2.1. Caudal domiciliar............……....………….… 12
2.6.2.2. Factor de caudal medio............…….....….… 13
2.6.2.3. Caudal de diseño............……....………….… 14
2.7. Relación q/Q, d/D, v/V.............…...……....................…..….... 15
2.8. Cotas invert..........................…...………....................…..….... 19
2.9. Pozos de visita.....................…...………....................…..….... 20
2.9.1. Especificaciones de colocación............……...…….… 22
2.9.2. Especificaciones físicas........................……...…….… 22
2.9.3. Normas y recomendaciones.................……...…….… 24
2.9.4. Volumen de excavación............……...…….............… 25
2.9.5. Conexiones domiciliares.......................……...…….… 26
2.10. Desfogue............................…...………....................…..….... 28
2.11. Estudio de impacto ambiental.................................…..….... 28
2.12. Elaboración de planos finales.....................…...……....….... 29
2.13. Presupuesto.......................…...………....................…..….... 29
2.14. Obras de protección.....................…...………..........…..….... 33
III
3. DISEÑO DE PAVIMENTACIÓN
3.1. Diseño de pavimento rígido de la calle principal
La Salvadora 1…..............................................………............. 35 3.1.1. Alcances del proyecto……........................................ 35
3.2. Estudios de topografía.....………......................………........... 36
3.2.1. Levantamiento topográfico…….....…………............. 36
3.2.2. Planimetría y altimetría……………………………....... 36
3.3. Estudio de suelos...........… ………....................………......... 37
3.3.1. Ensayos de laboratorio.............…............………....... 38
3.3.1.1. Limites de Attemberg.....…....………….…..... 38
3.3.1.2. Proctor......................................…….....….… 39
3.3.1.3. CBR.................……....…….…….…............... 40
3.3.1.4. Granulometria............…….…….…............... 42
3.4. Diseño del pavimento...........……………............……. 44 3.4.1. Pavimento rígido.......…….....…………………............. 44
3.4.1.1. Componentes del pavimento.........….…....... 45
3.4.1.1.1. Terreno de fundación.........….…..... 46
3.4.1.1.2. Sub rasante.............................…..... 46
3.4.1.1.2.1. Requisitos para los materiales de la sub rasante........................ 47
3.4.1.1.3. Sub base............…................ …..... 48
3.4.1.1.3.1. Requisitos de la sub base.. 48 3.4.1.1.3.2. Sub base estabilizada........ 49 3.4.1.1.4. Base........................................…..... 50
IV
13.4.1.1.4.1. Requisitos para los materiales de base de
grava o piedra triturada... 51
3.4.1.1.4.2. Plasticidad y cohesión........ 52
23.4.1.1.4.1. Requisitos para los materiales de base granular............................ 52 3.4.1.1.4.4. Requisitos para los
materiales de base
estabilizadora con
cemento Pórtland.............. 54 3.4.1.1.5. Bombeo..............................….......... 55
3.4.2. El cemento Pórtland............…….........………............. 55
3.4.3. Pavimento de concreto de cemento pórtland.............. 56
3.4.3.1. Requisitos para los materiales del concreto.. 56
3.4.3.1.1 Cemento Pórtland............................. 56
3.4.3.1.2. Agregado fino................................... 56
3.4.3.1.3. Agregado grueso............................. 57
3.4.3.2. Calidad del concreto...................................... 59
3.4.3.2.1. Clases de mezclas........................... 60
3.4.3.3. Conformación y curado del pavimento.......... 63
3.4.3.3.1. Curador del concreto....................... 63
3.4.4. Método y procedimiento de diseño simplificado
para pavimentos rígidos (pca).................................... 64
3.4.4.1. Método de capacidad............……...….…..... 64
3.4.4.2. Método simplificado...................…..... 64
3.4.4.2.1. Tránsito................................. 66
3.4.4.2.2. Etapas del método
simplificado............................66
V
3.4.5. Diseño estructural.............……………………............. 76
3.4.5.1. Resultado de los ensayos de laboratorio...... 76
3.4.5.2. Análisis estructural........................………..... 81
3.4.5.3. Estructura final del pavimento..............…..... 81
3.5. Estudio de impacto ambiental …......................………........... 82
3.6. Elaboración de planos finales................................................. 83
3.7. Obras de protección..................………..............……….......... 83
3.8. Presupuesto.................. …………….................………........... 84
4. RIESGO Y VULNERABILIDAD DE LOS PROYECTOS
4.1. Riesgos de los proyectos.........................................................87
4.1.1. Concepto.......................................................................87
4.1.2. Riesgo de contaminación del agua en las redes
de agua potable.............................................................90
4.1.3. Amenazas naturales......................................................91
4.1.3.1. Desastre natural...............................................92
4.1.4. Daños producidos por los terremotos............................94
4.2. Vulnerabilidad de los proyectos................................................95
4.2.1. Concepto de vulnerabilidad...........................................95
4.2.2. Cualificación de vulnerabilidad......................................96
4.2.3. Estimación de vulnerabilidad.........................................97
4.2.4. Identificación de la vulnerabilidad..................................97
4.2.5. Vulnerabilidad administrativa.........................................98
4.2.6. Vulnerabilidad operativa................................................100
4.2.7. Vulnerabilidad física.......................................................100
4.2.7.1. Capacidad de respuesta del gobierno local.....102
4.2.7.2. Importancia de la concienciación y
preparación para emergencias a nivel local....103
VI
4.3. Medidas de mitigación de los proyectos..................................103
4.3.1. Concepto.......................................................................103
4.3.2. Mitigación de los efectos de los desastres naturales....105
CONCLUSIONES…………………………………………………………... .106
RECOMENDACIONES…………………………………………………….. .107
BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….. .108
ANEXOS……………………………………………………………………....109
VII
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Mapa municipio Santa Catarina Pinula 2
2 Caso especial cota invert 20
3 Partes del pozo de visita 21
4 Conexiones domiciliares 27
5 Sección transversal 55
6 Ensayo de límites attemberg 77
7 Ensayo de proctor 78
8 Ensayo de CBR 79
9 Ensayo granulometrico 80
10 Planta general drenaje sanitario sector la Laguneta aldea
Don Justo 113
11 Planta perfil eje 1 drenaje sanitario sector la Laguneta aldea
Don Justo 114
12 Detalles drenaje sanitario sector la Laguneta Aldea Don Justo 115
13 Planta general pavimentación calle principal La Salvadora1 116
TABLAS
I. Relaciones hidráulicas 17
II. Profundidad mínima cota invert 24
III. Ancho de zanja de acuerdo al diámetro de la tubería que se
va a instalar y la profundidad a que será colocada (m) 25
VIII
IV. Presupuesto drenaje sanitario en quetzales 31
V. Presupuesto drenaje sanitario en dólares 32
VI. Graduación de agregados para el
concreto con cemento Pórtland 57
VII. Graduación del agregado grueso 58
VIII. Proporciones de las diferentes clases de mezclas 62
IX. Categorías de carga por eje 68
X. Tipos de suelos de la subrasante y valores
aproximados de “k” 69
XI. Valores de k para diseño sobre bases granulares (de pca) 70
XI. Valores de k para diseño sobre bases
de suelo-cemento (de pca) 70
XIII. Porcentaje anual de crecimiento del tráfico y factores de
proyección correspondientes 71
XIV. TPDC permisible, carga por eje categoría 1 pavimento con
juntas de trave por agregado (no necesita dovelas) 72
XV. TPDC permisible, carga por eje categoría 2 pavimentos con
juntas dovelas 73
XVI. TPDC permisible, carga por eje categoría 2. Pavimentos con
juntas con agregado de trave 74
XVII. TPDC permisible, carga por eje categoría 3. Pavimentos con
juntas doveladas 75
XVIII. TPDC permisible, carga por eje categoría 3. Pavimentos con
juntas con agregado de trave 76
XIX. Presupuesto pavimentación en quetzales 86
XX. Resumen de presupuesto pavimentación en dólares 86
XXl. Efecto de los desastres naturales 89
XXll. Calificación de destrozo 89
XXlll. Cálculo drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don Justo 112
IX
LISTA DE SIMBOLOS
INE Instituto Nacional de Estadística
PEA Población Económicamente Activa
AASHTO American Association of State Highway and
Transportation
‘ Minutos
“ Segundos
TPDC Tránsito Promedio Diario de Camiones
PCA Asociación del Cemento Pórtland
TPD Tránsito Promedio Diario
Lb/plg Libras por pulgada
Po. Punto observado
Dist H. Distancia Horizontal
Az. Azimut
I.P. Índice de Plasticidad
L.L. Límite Líquido
L/hab/día Litros por habitante por día
km (km) Kilómetro (s)
v . Velocidad del flujo en la alcantarilla
V Velocidad del flujo a sección llena
d. Altura del tirante de agua en la alcantarilla
D. Diámetro de la tubería
a. Área que ocupa el tirante de agua en la alcantarilla
A. Área de la tubería (en caso a/A)
A. Área de terreno (en el caso Q=CIA)
q. Caudal de diseño
Q. Caudal a sección llena de la tubería
X
v/V. Relación de velocidades
d/D. Relación de diámetros
a/A. Relación de alturas
q/Q. Relación de caudales
m/s. Metros por segundo (velocidad)
I. Intensidad de lluvia
C. Coeficiente de escorrentía de una superficie
A. Área mm/h. Milímetros por hora
FH. Factor de Harmond
P. Población
n. Coeficiente de rugosidad
R. Radio
S. Pendiente
Rh. Radio hidráulico
Min. Mínima
Max. Máxima
P.V.C. Material fabricado a base de Cloruro de Polivinilo
Est. Estación
P.O. Punto Observado
Dist. Distancia
Lts/hab/día. Litros por habitante por día
Adim. Adimensional
S% Pendiente en porcentaje
P.V. Pozo de visita
Secc. Sección tubería
dis Caudal de diseño
secc. Ll. Sección llena
p/unit. Precio unitario
XI
conex. Conexión
domic. Domiciliar
INFOM Instituto de Fomento Municipal
INSIVUMEH Instituto de Sismología, Vulcanología, Meteorología e
Hidrología
D.G.O.P. Dirección General de Obras Públicas
S.S. Sólidos en suspensión totales.
Xll
GLOSARIO
Aguas domiciliares Son las aguas utilizadas en domicilio; es decir, las
que ya han pasado por un proceso de
contaminación.
Arcilla Tipo de suelo impermeable y plástico.
COGUANOR Normas guatemaltecas para la construcción.
Hidrografía Parte de la geografía física que estudia la
hidrosfera o corrientes de agua.
Latitud Distancia de un lugar al Ecuador determinada por
el arco de meridiano que va de dicho lugar al
Ecuador.
Limo Lodo.
Revenimiento Hundimiento.
Tándem Tipo vehículo que transporta un contenedor.
Topografía Conjunto de particularidades que tiene un terreno en
su relieve.
Acimut El acimut verdadero de una visual a un objeto terrestre, es
el ángulo formado por su dirección horizontal y la del norte
verdadero, determinado astronómicamente. El acimut se
I XlIl
mide en el plano horizontal en el sentido de las agujas del reloj.
Aeróbico Condición en la cual hay presencia de aire u oxígeno libre.
Aguas negras El agua que se desecha, después de haber servido para un
fin. Puede ser doméstica, comercial o industrial.
Aguas servidas Sinónimo de aguas negras.
Amenaza La probabilidad de ocurrencia dentro de un tiempo y lugar
determinado, de un fenómeno natural o provocado por la
actividad humana y que se torna peligroso para las
personas, edificaciones, instalaciones, sistemas y medio
ambiente.
Anaeróbico Condición en la cual hay ausencia de aire u oxígeno libre.
Banco de marca Es el lugar que tiene un punto fijo cuya elevación se toma
como referencia para determinar la altura de otros puntos.
XlV
Candela Receptáculo donde se reciben las aguas negras
provenientes del interior de la vivienda y que conduce
al sistema de drenaje.
Canon de agua Volumen de agua que se utiliza en un mes en una
vivienda (establecido por la municipalidad).
Coagulación Aglomeración de partículas coloidales (<0.001mm.) y
dispersas (0.001 a 0.01 mm.) en coágulos visibles,
con la adición de un coagulante.
Colector Conjunto de tuberías, canales, pozos de visita y
obras accesorias que sirven para el desalojo de
aguas negras o aguas de lluvia (pluviales).
Coliformes Bacterias gram negativas, de forma alargada,
capaces de fermentar lactosa, con producción de gas
a la temperatura de 35 ó 37 °C (coliformes totales).
Aquellas que tienen las mismas propiedades a la
temperatura de 44 ó 44.5 °C, se denominan
coliformes fecales.
Componentes Parte discreta del sistema capaz de operar
independientemente, pero diseñado, construido y
operado como parte integral del sistema. Ejemplos
de componentes individuales son los pozos de visita,
las conexiones domiciliares, el colector, etc.
XV
Cota invert Cota o altura de la parte inferior interior del tubo ya
instalado.
DBO Demanda bioquímica de oxígeno; cantidad de
oxígeno usado en la estabilización de la materia
orgánica bajo condiciones de tiempo y temperatura
especificados (generalmente 5 días y 20 °C).
DQO Demanda química de oxígeno; medida de la cantidad
de oxígeno requerido por oxidación química de la
materia orgánica (carbonácea), del agua residual,
usando como oxidantes sales inorgánicas de
permanganato o dicromato en una prueba que dura 2
horas.
Descarga Lugar a donde se vierten las aguas negras
provenientes de un colector, sean crudas o tratadas.
Efluente del emisario Caudal de aguas negras que salen de la alcantarilla.
emergencia Situación fuera de control que se presenta por el
impacto de un desastre.
Etareos Clasificación por edades y sexos.
Excretas Residuos de alimento que, después de hecha la
digestión, despide el cuerpo por el ano.
XVl
Medidas de mitigación Conjunto de acciones y obras a implementar antes
del impacto de las amenazas, para disminuir la
vulnerabilidad de los componentes y sistemas.
Parásito Organismo protozoario y helmintos que, habitando en
el intestino, pueden causar enfermedades. Los
helmintos pueden ser de forma plana y redonda
(nematodos). Estos últimos son los de mayor
significación en aguas residuales.
Permeabilidad Propiedad que tienen los suelos de dejar pasar el
agua a través de sus poros.
Planimetría Parte de la topografía que enseña a medir las
proyecciones horizontales de una superficie.
Porcentaje de Porcentaje del agua pluvial que va a la alcantarilla.
escorrentía
Pozo de visita Estructura subterránea que sirve para cambiar de
dirección, pendiente, diámetro, unión de tuberías, y
para iniciar un trama de drenaje.
Proceso biológico Proceso en el cual la materia orgánica del desecho
es asimilada por bacterias y otros microorganismos,
para estabilizar el desecho e incrementar la
población de microorganismos.
XVll
Proceso de lodos Proceso de tratamiento de aguas residuales en el activados cual se somete a aeración una mezcla (licor
mezclado) de lodo activado y agua residual. El licor
mezclado es sometido a sedimentación para
recirculación y/o disposición del lodo activado.
Rafa Reactor anaeróbico de flujo ascendente con manto
de lodos, en el cual el desecho fluye hacia arriba a
través de una zona de manto de lodos.
Reúso de aguas Utilización de aguas residuales debidamente tratadas residuales para un propósito específico (reúso agrícola,
industrial, etc.).
Riesgo Resultado de una evaluación, generalmente
probabilística, de que las consecuencias o efectos de
una determinada amenaza excedan valores
prefijados.
Tirante Altura de las aguas negras dentro de la alcantarilla.
Topografía Ciencia y arte de determinar posiciones relativas de
puntos situados encima de la superficie terrestre y
debajo de la misma.
XVlll
RESUMEN
El presente trabajo de graduación se refiere al diseño de drenaje
sanitario para el sector la Laguneta aldea Don Justo y la pavimentación de la
calle principal de la Salvadora 1, los cuales son proyectos prioritarios para el
municipio.
El proyecto de alcantarillado consta de una longitud de 1200 metros de
tubería principal de diámetros variados. Para el diseño se realizaron estudios de
topografía, conteo de densidad de vivienda y el diseño del alcantarillado en sí.
El proyecto de la pavimentación se refiere a 1,500 metros de longitud con
un ancho promedio de 4.5 metros y para el efecto se realizaron estudios de
suelos, levantamiento topográfico. De lo cual se obtuvieron resultados como
que el tipo de suelo es arcilloso, y por lo tanto el tipo de pavimento más
adecuado es un pavimento de concreto, dado que presenta poca o ninguna
deflexión, provocada por el paso de vehículos sobre éste.
En la realización de estos estudios, se estuvo en contacto directo con las
personas de la comunidad, de tal manera que el diseño, se enfoca directamente
en el objetivo para el cual el proyecto fue concebido.
XlX
OBJETIVOS
General Realizar un estudio que permita diseñar un sistema de alcantarillado para el
sector la Laguneta aldea Don Justo, Santa Catarina Pinula, Guatemala.
Realizar un estudio que permita diseñar un pavimento para la Salvadora 1,
Santa Catarina Pinula, Guatemala.
Específicos
1. Sentar las bases para la ejecución de proyectos que contribuyan
al desarrollo integral de las comunidades identificadas.
2. Mejorar las vías de comunicación y evitar la propagación de
enfermedades intestinales.
3. Aumentar la calidad de vida de las personas que viven en los
sectores y mejorar el acceso al lugar mencionado.
XX
INTRODUCCIÓN
El sector la Laguneta aldea Don Justo es una población que en la
actualidad tiene dificultades con la evacuación de los desechos líquidos por lo
que un alcantarillado sanitario beneficiaria a todos sus habitantes.
La Salvadora 1 es una aldea que presenta cierta cantidad de
necesidades pero según los vecinos la más importante es la de pavimentar la
calle principal, pues se les haría más fácil transitar por su pueblo.
Debido a que es una población en vías de desarrollo, la pavimentación
del acceso beneficiará a todo el sector, ya que las calles se encuentran en un
estado precario y este problema se agudiza con la llegada del invierno, por lo
que en el presente trabajo se desarrolla la planificación de dicho proyecto.
Con este trabajo se busca, colateralmente, disminuir enfermedades
respiratorias provocadas por el polvo, también enfermedades intestinales
además de vectores tales como el zancudo, el cual se reproduce al empozarse
el agua en la que se crían estos, y, mejorar la calidad de vida de las personas
del lugar; así como organizar y contribuir al desarrollo urbanístico del Municipio
de Santa Catarina Pinula.
1
1. MONOGRAFÍA
1.1. Generalidades
1.1.1. Nombres de las comunidades
Sector la Laguneta aldea Don Justo y la Salvadora 1 del municipio de
Santa Catarina Pinula.
1.1.2. Reseña histórica Su historia se remonta a la época prehispánica, cuando los indígenas de
ese entonces fundaron el pueblo de Pankaj o Pinola, según Tomás Gage
(sacerdote irlandés), el pueblo debe su nombre a la lengua indiana “Pancac”;
cuyo significado etimológico es “Pancac” que se deriva de: Pan, que significa
“dentro o entre” y “cac”, que tiene tres significados, el primero “fuego”, el
segundo una fruta que se llama “guayaba”, y el tercero un gusanillo que los
españoles llamaban “Nigua”.
El nombre oficial del municipio, corresponde a Santa Catarina Pinula, y
se cree que fue le padre Juan Godinez, quién influyó en nombrar de Santa
Catarina al pueblo de Pankaj o Pinola, en honor a Catarina de Mártir de
Alejandría.
2
1.1.3. Fiesta titular
Su feria titular es el 25 de noviembre en honor a la patrona Santa
Catarina de Alejandría. La fiesta de la patrona tiene como preludio que 8 días
antes de que se inicie la feria, sale un desfile bufo donde critican y se mofan
de los personajes principales de Santa Catarina Pinula.
1.1.4. Ubicación y localización Sector la Laguneta aldea Don Justo y la Salvadora son aldeas que
pertenecen al municipio de Santa Catarina Pinula, del departamento de
Guatemala, se encuentran ubicados al sureste del mismo, con latitud 14°34’13”
y longitud 90°29’45”. Sus colindancias son:
Al Norte con la ciudad de Guatemala.
Al Sur con Fraijanes y Villa Canales, municipios del
departamento de Guatemala.
Al Este con San José Pinula y Fraijanes, municipios del
departamento de Guatemala.
Al Oeste con Guatemala y Villa Canales, municipio del
departamento de Guatemala.
Figura 1. Mapa municipio santa catarina pinula
3
1.1.5. Extensión territorial La extensión territorial del municipio de Santa Catarina Pinula es de 51
kilómetros cuadrados. Está integrado por una cabecera municipal, catorce
aldeas, siete caseríos, y ciento cincuenta y siete colonias privadas. No se
tienen datos de extensión territorial del sector la Laguneta aldea Don Justo y la
Salvadora 1.
1.1.6. Clima y precipitación anual Sector la Laguneta aldea Don Justo está situada a una altura de 1800
metros sobre el nivel del mar y La Salvadora 1 a 1600. La temperatura del
municipio oscila entre los 22.8 °C hasta los 11.7 °C, con una precipitación anual
de 1639.3 milímetros y humedad relativa del 84%.
1.1.7 Actividades socioeconómicas
Santa Catarina Pinula en el sector productivo cuenta con una agricultura
en la que los principales cultivos son maíz, fríjol, café y hortalizas, aunque en
pequeña escala, pues su producción agrícola ha disminuido, en la medida que
avanza la construcción de viviendas en su territorio, que se está convirtiendo en
área residencial aledaña a la ciudad capital. En cuanto a la ganadería, se
encuentra sólo pequeñas crianzas de bovinos y equinos, en tanto que la de los
porcinos ha sido siempre muy productiva, pues abastece algunos mercados de
la capital con productos como carne, chicharrones y embutidos que gozan de
merecida fama. La avicultura como ha experimentado un sensible desarrollo
últimamente, aunque como crianza de aves para consumo familiar.
4
El comercio se ha ido incrementando a través de tiendas, librerías, centros
comerciales, supermercados, restaurantes, cafeterías, etc.
1.2. Salud 1.2.1. Condiciones sanitarias
• Agua potable. En la mayoría de las comunidades no cuentan con un
servicio de agua potable, la población cuenta con su propio pozo para
abastecer sus necesidades y en algunos de los casos la municipalidad
brinda el servicio.
• Drenajes. Es visible que las condiciones sanitarias no son las
adecuadas; la mala administración de las aguas residuales altera los
sistemas ambientales, las aguas residuales escurren en forma superficial
provocan un grado de contaminación considerable.
• Basura. El manejo de los desechos sólidos es inadecuado, no existen
métodos eficientes para resolver este problema, lo cual
provocabasureros clandestinos y que la población utilice su reducción por
medio de cremarlos a cielo abierto.
5
• Centros asistenciales. En materia de salud, se encuentra un centro de
salud en la cabecera municipal y en la aldea Piedra Parada Cristo Rey,
hace poco se inauguró un hospital en la cabecera municipal.
• Mortalidad. Es relativamente alta, en los primeros 6 meses del 2004 se
han registrado 150 muertes en el municipio.
• Natalidad. En los primeros 5 meses se registran 400 nacimientos en el
municipio.
1.3. Aspecto socio cultural 1.3.1. Educación El Sector la Laguneta aldea Don Justo no cuenta con una escuela oficial
pero hay una escuela pública cercana. En la Salvadora existe una escuela
oficial, lo cual ha ayudado a la población a no tener que hacer una inversión
enviando a sus hijos a la cabecera municipal u otras aldeas.
1.3.2. Instituciones existentes Las instituciones existentes en Santa Catarina Pinula son:
Municipalidad
Sub estación Policía Nacional Civil
Agencia postal El Correo
Juzgado de Paz
Centro de Salud
6
1.3.3. Analfabetismo El índice de analfabetismo en el municipio de Santa Catarina Pinula es
de del 10.40% en la actualidad.
7
2. DISEÑO DEL DRENAJE SANITARIO
2.1. Diseño del drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don Justo
El proyecto consistirá en diseñar el sistema de drenaje sanitario para el
sector la Laguneta aldea Don Justo. Actualmente, la aldea cuenta con letrinas y
las aguas de pila y cocina son expulsadas a las calles. Se diseñará la tubería
principal y secundaria, así como pozos de visita y conexiones domiciliares.
2.1.1. Alcances del proyecto
Mejorará el nivel de vida con que cuentan los habitantes de la zona ya
que en la actualidad padecen de enfermedades a causa de la ausencia de
drenajes y el tratamiento de las aguas negras.
2.2. Estudio de topografía 2.2.1. Levantamiento topográfico
Para el levantamiento topográfico de un terreno nunca se toma en cuenta
la curvatura de la esfera terrestre, desde este principio se efectúan toda clase
de trazos topográficos.
8
2.2.2. Planimetría y altimetría
• Planimetría. El levantamiento planimétrico sirve para localizar la red
dentro de las calles, ubicar los pozos de visita y localizar todos aquellos
puntos de importancia. Entre los diferentes métodos que existen para
realizar el levantamiento planimétrico se utilizó el más común, que es el
de conservación de azimut con vuelta de campana para poligonal abierta,
debido a la forma en que las aldeas están estructuradas.
Se utilizó un teodolito con 0°00´20” de precisión, una plomada y cinta
métrica de metal, estacas de madera, martillo.
• Altimetría. Para el desarrollo del estudio fue necesario determinar las
diferentes elevaciones y pendientes del terreno mediante un
levantamiento topográfico del perfil del mismo. Con los datos obtenidos
se calcularon y trazaron las curvas de nivel. Por tratarse de un estudio
de drenajes la precisión de los datos es muy importante, por lo que se
realizó una nivelación simple, para lo cual se utilizó un nivelador, estadía
de cuatro metros y cinta métrica de metal.
9
2.3. Periodo de diseño
El periodo de diseño de un sistema de alcantarillado es el tiempo durante
el cual el sistema dará un servicio con una eficiencia aceptable. Este periodo
varía de acuerdo con el crecimiento de la población, capacidad de la
administración, operación y mantenimiento. Criterios de instituciones como el
del Instituto de Fomento Municipal I.N.F.O.M., EMPAGUA y el Fondo de las
Naciones Unidas para la Infancia UNICEF, recomiendan que las alcantarillas se
diseñen para un periodo de 15 a 40 años. Para el diseño de este proyecto se
adoptó un periodo de 40 años.
2.4. Cálculo de población futura
El estudio de la población se efectúa con el objeto de estimar la
población futura, para lo cual se hace necesario determinar el periodo de diseño
y hacer un análisis de los censos existentes.
El crecimiento de una población es afectado por factores como
nacimientos, anexiones, muertes y migración. Para obtener la proyección del
crecimiento de la población se pueden utilizar distintos métodos, y dicha
proyección se hace según los datos estadísticos de censos de población
realizados en el pasado. Para el caso de El Sector La Laguneta Aldea Don
Justo se optó por el método de incremento geométrico, este método se
seleccionó por ser el que más se adapta a la realidad del crecimiento
poblacional en el medio; para el efecto se aplicó una tasa de crecimiento de
(3%) fuente del INE, el periodo proyectado es de 40 años.
10
Incremento geométrico
no rPP )1(* += Donde:
P = población futura
Po = población actual 900
N = periodo de diseño (40)
r = tasa de crecimiento 3%
Fuente INE
2.5. Hardmond
El factor de Hardmond o factor de flujo instantáneo, es un factor de
seguridad que involucra a la población para servir en un tramo determinado,
actúa en las horas pico o de mayor utilización del drenaje.
• Fórmula
La formula del factor de Hardmond es adimensional y viene dada por:
n
o rPP )1(* +=
Donde P es la población del tramo a servir dada en miles.
11
2.6. Velocidad de diseño
La velocidad de diseño está determinada por la pendiente del terreno, así
como por el diámetro y el tipo de tubería que se utiliza. La velocidad del flujo se
determina por la fórmula de Manning y las relaciones hidráulicas de v/V, donde
v es la velocidad del flujo y V es la velocidad a sección llena. Por norma ASTM
3034, v debe ser mayor de 0.60 metros por segundo, para que no exista
sedimentación en la tubería y, por lo tanto, evitar taponamiento, y menor o igual
que 3.0 metros por segundo, para que no exista erosión o desgaste; estos
datos son aplicables para tubería de PVC. Para la tubería de pared corrugada
de doble pared norma ASTM F 949, se permiten velocidades máximas de 5.0
metros por segundo, ya que tiene una mayor resistencia a la erosión y
desgaste. Es importante mencionar que para tramos iniciales con poco caudal
se tolera velocidades mínimas de 0.40 metros por segundo.
2.6.1. Velocidad de arrastre
La velocidad de arrastre es la mínima velocidad del flujo, que evita la
sedimentación de los sólidos para prevenir la obstrucción del sistema. Para
asegurar el buen funcionamiento del sistema el valor mínimo permitido es de
0.60 m/s.
12
• Factor de rugosidad. La rugosidad del material con que está
construido un canal es una medida adimensional y experimental, y
expresa qué tan lisa es la superficie por donde se desplaza el flujo,
varía de un material a otro y con el tiempo. Para este caso, el factor
de rugosidad es igual a 0.0010, ya que la tubería es de PVC.
2.6.2. Cálculo de caudales
El caudal que puede transportar el drenaje está determinado por el
diámetro, pendiente y velocidad del flujo dentro de la tubería, así como por la
rugosidad de la tubería utilizada. Por norma, se supone que el drenaje funciona
como un canal abierto, es decir, que no funciona a presión. El tirante máximo de
flujo que va a transportar lo da la relación d/D, donde d es la profundidad o
altura del flujo, y D es el diámetro interior de la tubería; esta relación debe ser
mayor de 0.10 para que exista arrastre de las excretas y menor de 0.75, para
que funcione como un canal abierto.
2.6.2.1. Caudal domiciliar
El agua tiene diferentes usos dentro del hogar. Depende de muchos
factores como el clima, el nivel de vida o las condiciones socioeconómicas, el
tipo de población, si se cuenta o no con medición, la presión en la red, la
calidad y el costo del agua. Estos usos se han cuantificado por diferentes
entidades como son la Asociación Guatemalteca de Ingeniería Sanitaria y
Ambiental y la Escuela Regional de Ingeniería Sanitaria y Recursos Hidráulicos.
13
Se establecen los datos en lo referente a bebidas, preparación de
alimentos, lavado de utensilios, abluciones, baño, lavado de ropa, descarga de
inodoros, pérdidas, etc.
Con lo anterior, se ha estimado que del total de agua que se consume,
aproximadamente entre un 70% a un 90% se descarga al drenaje, lo cual
constituye el caudal domiciliar. El porcentaje de agua que se envía a la
alcantarilla es el factor de retorno.
En este caso, se considera que un 85% es el factor de retorno. Para
estimar este porcentaje se consideró que el clima cálido del municipio de Santa
Catarina Pinula hace que una buena cantidad de la dotación sea utilizada para
aseo personal y como medio de mitigación del calor.
Donde:
400,86.*.*.. RFDotHabNoQdom =
Qdom = Caudal domiciliar (l/seg.)
Dot = Dotación (l/hab/día)
No. Hab = Número de habitantes
2.6.2.2. Factor de caudal medio Al realizar el cálculo de cada uno de los caudales anteriores, se procede
a la obtención del valor del caudal medio, que está dado por la siguiente
expresión:
QconexQQescQindQcomQdomQmed +++++= inf.
14
El valor del factor del caudal medio se calcula de la siguiente manera:
400,86.. QmedMQF =
Donde:
Q med = Caudal medio
No. Hab = No. de Habitantes
Para facilitar la obtención del factor de caudal medio, las instituciones
que se dedican al diseño de sistemas de alcantarillado sanitario han establecido
valores de este factor, con base en la experiencia.
F Qmed = 0.0046 según INFOM
F Qmed = 0.0030 según Municipalidad de Guatemala
2.6.2.3. Caudal de diseño
Al caudal de diseño también se le llama caudal máximo. Para realizar la
estimación de la cantidad de agua negra que transportará el alcantarillado en
los diferentes puntos donde ésta fluya, el caudal se calcula de la forma
siguiente:
MQFHFHabNoQdis ..*.*..=
Donde:
No. Hab. = Número de habitantes futuros acumulados
FH = Factor de Hardmond
FQmed = Factor de caudal medio
2.7. Relación q/Q, d/D y v/V
15
Al realizar el cálculo de las tuberías que trabajan a sección parcialmente
llena, para agilizar de alguna manera los resultados de velocidad, área y caudal,
perímetro mojado y radio hidráulico, se relacionaron los términos de la sección
totalmente llena con los de la sección parcial. De los resultados obtenidos se
construyeron el gráfico y las tablas que se presentan más adelante para lo cual
se utilizó la fórmula de Manning.
Se deberá determinar los valores de la velocidad y caudal a sección
llena, por medio de las ecuaciones ya establecidas; se procederá a obtener la
relación de caudales (q/Q), caudal de diseño entre caudal de sección llena;
cuyo resultado se busca en la gráfica en el eje de las abscisas; desde allí se
levanta una vertical hasta la curva de relaciones de caudales. El valor de la
relación (d/D) se obtiene en la intersección de la curva con la vertical, leyendo
sobre el eje de las ordenadas. La profundidad del flujo (tirante) se obtiene
multiplicando el valor por el diámetro de la tubería.
Para el valor de la relación (v/V), velocidad parcial entre velocidad a
sección llena, se debe ubicar el punto de intersección entre la vertical y la curva
de relación de caudales que se estableció anteriormente. Entonces se traza una
horizontal hasta llegar a interceptar la gráfica de velocidades. En este nuevo
punto se traza una vertical hacia el eje de las abscisas y se toma la lectura de la
relación de velocidades, la cual se multiplica por la velocidad a sección llena,
para obtener la velocidad a sección parcial. De igual manera, se calculan las
otras características de la sección.
La utilización de la tabla l se realiza determinando primero la relación
(q/Q). El valor se busca en las tablas, y si no está el valor exacto, se busca uno
16
que sea aproximado; en la columna de la izquierda se ubica la relación (v/V), y
se procede de la misma forma. Se debe multiplicar el valor obtenido por la
velocidad a sección llena, para obtener la velocidad a sección parcial.
Se han de considerar las siguientes relaciones hidráulicas:
• Que qdiseño < Qlleno
• La velocidad debe estar comprendida entre:
0.60 ≤ v ≤ 3.00 (m/seg.)
0.60 ≤ v. Para que existan fuerzas de atracción y arrastre de los sólidos
V ≤ 3.00. Para evitar deterioro de la tubería, debido a la fricción
• El tirante debe estar entre:
0.10 ≤ d/D ≤ 0.75
Con los anteriores parámetros, se evita que la tubería trabaje a presión.
17
Tabla I. Relaciones hidráulicas para sección circular
d/D a/A v/V q/Q d/D a/A v/V q/Q0.0100 0.0017 0.0880 0.00015 0.1025 0.0540 0.4080 0.022020.0125 0.0237 0.1030 0.00024 0.1050 0.0558 0.4140 0.023120.0150 0.0031 0.1160 0.00036 0.1075 0.0578 0.4200 0.024290.0175 0.0039 0.1290 0.00050 0.1100 0.0599 0.4260 0.025500.0200 0.0048 0.1410 0.00067 0.1125 0.0619 0.4320 0.026720.0225 0.0057 0.1520 0.00087 0.1150 0.0639 0.4390 0.028040.0250 0.0067 0.1630 0.00108 0.1175 0.0659 0.4440 0.029260.0275 0.0077 0.1740 0.00134 0.1200 0.0680 0.4500 0.030590.0300 0.0087 0.1840 0.00161 0.1225 0.0701 0.4560 0.031940.0325 0.0099 0.1940 0.00191 0.1250 0.0721 0.4630 0.033400.0350 0.0110 0.2030 0.00223 0.1275 0.0743 0.4680 0.034750.0375 0.0122 0.2120 0.00258 0.1300 0.0764 0.4730 0.036140.0400 0.0134 0.2210 0.00223 0.1325 0.0786 0.4790 0.037630.0425 0.0147 0.2300 0.00338 0.1350 0.0807 0.4840 0.039060.0450 0.0160 0.2390 0.00382 0.1375 0.0829 0.4900 0.040620.0475 0.0173 0.2480 0.00430 0.1400 0.0851 0.4950 0.042120.0500 0.0187 0.2560 0.00479 0.1425 0.0873 0.5010 0.043750.0525 0.0201 0.2640 0.00531 0.1450 0.0895 0.5070 0.045700.0550 0.0215 0.2730 0.00588 0.1475 0.0913 0.5110 0.046650.0575 0.0230 0.2710 0.00646 0.1500 0.0941 0.5170 0.048630.0600 0.0245 0.2890 0.00708 0.1525 0.0964 0.5220 0.050310.0625 0.0260 0.2970 0.00773 0.1550 0.0986 0.5280 0.052080.0650 0.0276 0.3050 0.00841 0.1575 0.1010 0.5330 0.053810.0675 0.0292 0.3120 0.00910 0.1600 0.1033 0.5380 0.055560.0700 0.0308 0.3200 0.00985 0.1650 0.1080 0.5480 0.059160.0725 0.0323 0.3270 0.01057 0.1700 0.1136 0.5600 0.063590.0750 0.0341 0.3340 0.01138 0.1750 0.1175 0.5680 0.066770.0775 0.0358 0.3410 0.01219 0.1800 0.1224 0.5770 0.070630.0800 0.0375 0.3480 0.01304 0.1850 0.1273 0.5870 0.074740.0825 0.0392 0.3550 0.01392 0.1900 0.1323 0.6960 0.078850.0850 0.0410 0.3610 0.01479 0.1950 0.1373 0.6050 0.083040.0875 0.0428 0.3680 0.01574 0.2000 0.1424 0.6150 0.087560.0900 0.0446 0.3750 0.01672 0.2050 0.1475 0.6240 0.091040.0925 0.0464 0.3810 0.01792 0.2100 0.1527 0.6330 0.09663
18
Continuación tabla 1.
d/D a/A v/V q/Q d/D a/A v/V q/Q0.2200 0.1631 0.6510 0.10619 0.5900 0.6140 1.0700 0.654880.2250 0.1684 0.6590 0.11098 0.6000 0.6265 1.0700 0.641570.2300 0.1436 0.6690 0.11611 0.6100 0.6389 1.0800 0.688760.2350 0.1791 0.6760 0.12109 0.6200 0.6513 1.0800 0.705370.2400 0.1846 0.6840 0.12623 0.6300 0.6636 1.0900 0.722690.2450 0.1900 0.6920 0.13148 0.6400 0.6759 1.0900 0.739470.2500 0.1955 0.7020 0.13726 0.6500 0.6877 1.1000 0.755100.2600 0.2066 0.7160 0.14793 0.6600 0.7005 1.1000 0.773390.2700 0.2178 0.7300 0.15902 0.6700 0.7122 1.1100 0.789130.3000 0.2523 0.7760 0.19580 0.7000 0.7477 1.1200 0.853760.3100 0.2640 0.7900 0.20858 0.7100 0.7596 1.1200 0.867910.3200 0.2459 0.8040 0.22180 0.7200 0.7708 1.1300 0.883840.3300 0.2879 0.8170 0.23516 0.7300 0.7822 1.1300 0.897340.3400 0.2998 0.8300 0.24882 0.7400 0.7934 1.1300 0.912300.3500 0.3123 0.8430 0.26327 0.7500 0.8045 1.1300 0.926340.3600 0.3241 0.8560 0.27744 0.7600 0.8154 1.1400 0.939420.3700 0.3364 0.8680 0.29197 0.7700 0.5262 1.1400 0.953210.3800 0.3483 0.8790 0.30649 0.7800 0.8369 1.3900 0.970150.3900 0.3611 0.8910 0.32172 0.7900 0.8510 1.1400 0.989060.4000 0.3435 0.9020 0.33693 0.8000 0.8676 1.1400 1.000450.4100 0.3860 0.9130 0.35246 0.8100 0.8778 1.1400 1.000450.4200 0.3986 0.9210 0.36709 0.8200 0.8776 1.1400 1.009650.4400 0.4238 0.9430 0.39963 0.8400 0.8967 1.1400 1.031000.4500 0.4365 0.9550 0.41681 0.8500 0.9059 1.1400 1.047400.4600 0.4491 0.9640 0.43296 0.8600 0.9149 1.1400 1.047400.4800 0.4745 0.9830 0.46647 0.8800 0.9320 1.1300 1.060300.4900 0.4874 0.9910 0.48303 0.8900 0.9401 1.1300 1.065500.5000 0.5000 1.0000 0.50000 0.9000 0.9480 1.1200 1.070100.5100 0.5126 1.0090 0.51719 0.9100 0.9554 1.1200 1.074200.5200 0.5255 1.0160 0.53870 0.9200 0.9625 1.1200 1.074900.5300 0.5382 1.0230 0.55060 0.9300 0.9692 1.1100 1.074100.5400 0.5509 1.0290 0.56685 0.9400 0.9755 1.1000 1.079350.5500 0.5636 1.0330 0.58215 0.9500 0.9813 1.0900 1.07140
19
2.8. Cotas invert
Es la cota que determina la localización de la parte inferior de la tubería.
Las cotas del terreno, al igual que los puntos de entrada y salida de la tubería
del alcantarillado, deben calcularse de la siguiente manera:
%)*.( terrenoif SHDCTCT −=
100*%D
CTCTS fi −=
)( φ++−= tubomín EHCTICIS
%*. tuboSHDCISCIE −=
CISCTH ipozo −=
H min. = Altura mínima que depende del tráfico que circule por las calles
CI = Cota invert inicial
CTi = Cota del terreno inicial
CTf = Cota del terreno final
CIS = Cota invert de la tubería de salida
CIE = Cota invert de la tubería de entrada
DH = Distancia horizontal
S% = Pendiente del terreno o tubería
Et = Espesor de la tubería
Un caso especial se presenta cuando se calcula la cota invert de salida,
de acuerdo con los lineamientos anteriores, y aun utilizando la profundidad
mínima de la tubería en el pozo al final del tramo se tiene una pendiente
demasiado elevada, que provoca velocidades mayores a las permitidas.
20
Figura 2. Caso especial de cota invert
2.9 Pozos de visita
Forman parte del sistema de alcantarillado; proporcionan acceso a éste,
con el fin de realizar trabajos de inspección y limpieza. Están construidos de
concreto o mampostería.
21
La forma como se construyen es de la siguiente manera:
• El ingreso es circular y tiene un diámetro entre 0.60 a 0.75 metros.
• La tapadera descansa sobre un brocal; ambos construidos de concreto
reforzado.
• Las paredes del pozo están impermeabilizadas por repello más un
cernido liso.
• El fondo está formado de concreto, que deja la pendiente necesaria para
que corra el agua; la dirección en que se dirigirá estará determinada por
medio de canales, constituidos por tubería cortada transversalmente.
• Para realizar la inspección o limpieza de pozos profundos se deben dejar
escalones, los cuales serán de hierro y estarán empotrados a las
paredes del pozo.
Figura 3. Partes de un pozo se visita
22
2.9.1. Especificaciones de colocación
Se colocarán pozos de visita en los siguientes puntos:
• En el inicio de cualquier ramal
• En intersecciones de dos o más tuberías
• Donde exista cambio de diámetro
• En distancias no mayores de 100 m
• En las curvas, no más de 30 m
• Alivio o cambio de pendiente
2.9.2. Especificaciones físicas Al diseñar el sistema de alcantarillado sanitario se deben considerar los
siguientes aspectos que se refieren a la cotas invert de entrada y salida de las
tuberías en los pozos de visita, así como a una serie de especificaciones que
deben tomarse en consideración.
• Cuando en un pozo de visita entra una tubería y sale otra del mismo
diámetro, la cota invert de salida estará como mínimo a 3 cm debajo de
la cota invert de entrada.
ØA = ØB
Cota invert de salida = Cota invert de entrada + 0.03
• Cuando en un pozo de visita entra una tubería de un diámetro y salga
otra de diferente diámetro, la cota invert de salida estará, como mínimo,
debajo de la cota invert de entrada, igual a la diferencia de los diámetros
de la cota invert de entrada y salida.
ØA < ØB
23
Cota invert de salida = Cota invert de entrada + ((ØB- ØA) * 0.0254)
• Cuando en un pozo de visita la tubería de salida es del mismo diámetro
que las que ingresan en él, la cota invert de salida mínima estará 3 cm
debajo de la cota más baja que entre.
ØA = ØB = ØC
Cota invert de salida = Cota invert de entrada más baja + 0.03
• Cuando en un pozo de visita la tubería de salida es de diferente diámetro
que las que ingresan en éste, la cota invert de salida deberá cumplir con
las especificaciones anteriores y se tomará el valor menor.
• Sólo una tubería de las que sale es de seguimiento; las demás que
salgan del pozo de visita deberán ser iniciales. La cota invert de salida de
la tubería inicial deberá estar, como mínimo, a la profundidad del tráfico
liviano o pesado; y la cota invert de salida de la tubería de seguimiento
deberá cumplir con las especificaciones anteriormente descritas.
Profundidad mínima de pozos de visita
La profundidad del pozo de visita al inicio del tramo está definida por la
cota invert de salida previamente determinada.
Hpv = Cota del terreno al inicio – Cota invert de salida del tramo + 0.25
Debe considerarse que la cota invert mide la distancia del dato (abajo) al
punto en cuestión (arriba), mientras que la profundidad del pozo mide la
distancia de la superficie del terreno (arriba) a la superficie del fondo del pozo
(abajo).
24
Así, una cota Invert menor indica mayor profundidad y una cota invert
mayor indica menor profundidad; en cambio, una profundidad de pozo menor es
realmente una profundidad menor y una profundidad de pozo mayor es
realmente una profundidad mayor.
2.9.3. Normas y recomendaciones
En las tablas ll y lll se presentan los valores de profundidad mínima de la
cota invert, de la cual depende la profundidad mínima del pozo de visita al inicio
y final del tramo y ancho de la zanja, la cual depende del diámetro de tubería y
de la profundidad.
Tabla II. Profundidad mínima de la cota Invert para evitar ruptura (cm)
Diámetro 4” 6” 8” 10” 12” 15” 18” 24”
Tráfico normal 111 117 122 128 134 140 149 165
Tráfico pesado
131 137 142 148 154 160 169 185
25
Tabla III. Ancho de zanja de acuerdo al diámetro de la tubería que se va a instalar y la profundidad a
que será colocada (m)
Ancho de zanja Diámetro en
pulgadas Para profundidades hasta 2.00 metros
Para profundidades de 2.00 a 4.00 m
Para profundidades de 4.00 a 6.00 m
4 0.50 0.60 0.70
6 0.55 0.65 0.75
8 0.60 0.70 0.80
10 0.70 0.80 0.80
12 0.80 0.80 0.80
15 0.90 0.90 0.90
18 1.00 1.00 1.10
24 1.10 1.10 1.35
2.9.4. Volumen de excavación
La cantidad de tierra que se removerá para colocar la tubería está
comprendida a partir de la profundidad de los pozos de visita, el ancho de la
zanja, que depende del diámetro de la tubería que se va a instalar, y la longitud
entre pozos.
⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
= tdHHV **2
21
26
Donde:
V = Volumen de excavación (m3)
H1 = Profundidad del primer pozo (m)
H 2 = Profundidad del segundo pozo (m)
d = Distancia entre pozos (m)
t = Ancho de la zanja (m)
2.9.5. Conexiones domiciliares
Tienen la finalidad de descargar las aguas provenientes de las casas o
edificios y llevarlas al alcantarillado central. Constan de las siguientes partes:
Caja o Candela: La conexión se realiza por medio de una caja de
inspección, construida de mampostería o con tubos de concreto colocados
verticalmente; el lado menor de la caja será de 45 centímetros, si fuese circular
tendrá un diámetro no menor de 12 pulgadas; deben estar impermeabilizadas
por dentro y tener una tapadera para realizar inspecciones.
Tubería secundaria: La conexión de la candela domiciliar con la
tubería central se hará por medio de la tubería secundaria, la cual tiene un
diámetro de 6 pulgadas en tubería de concreto y de 4 pulgadas en tubería de
PVC; debe tener una pendiente mínima del 2.00% para evacuar
adecuadamente el agua.
27
La conexión con la alcantarilla central se hará en el medio diámetro
superior, a un ángulo de 45 grados aguas abajo.
Los sistemas que permitan un mejor funcionamiento del
alcantarillado, se emplearán en situaciones en las cuales el diseñador lo
considere conveniente, según las características del sistema que se diseñe y de
las condiciones físicas donde se construirá. Algunos de estos sistemas son:
tubería de ventilación, tanques de lavado, sifones invertidos, disipadores de
energía, pozos de luz, derivadores de caudal, etc.
Figura 4. Conexiones domiciliares
28
2.10. Desfogue
Hay que considerar que en el presente proyecto las aguas de
alcantarillado sanitario se desfoguen. Para poder hacerlo deben estar
debidamente tratadas, respetando las normas establecidas por el Ministerio de
Medio Ambiente, para lograr mitigar daños al ambiente y a los pobladores
cercanos al lugar de desfogue. Para el diseño del sistema de alcantarillado
sanitario, se tomaron como base las normas ASTM F 949 y las normas
utilizadas por el Instituto de Fomento Municipal INFOM, este proyecto fue
realizado por un ingeniero sanitario.
2.11. Estudio de impacto ambiental
Los proyectos de drenaje sanitario son por lo regular beneficiosos para el
medio ambiente pero en ocasiones no lo son ya que se realizan sin pensar en el
tratamiento de las aguas que conducen y éstas son evacuadas al medio
ambiente contaminado el mismo, este no es el caso del proyecto que está en
mención ya que esté si cuenta con el debido tratamiento de las aguas negras y
colabora con el medio ambiente para el cuidado del mismo.
29
2.12 Elaboración de planos finales
El siguiente paso, luego de la topografía, es la elaboración de planos
topográficos para tener una visión más clara del terreno, y poder diseñar en
oficina si tener que estar en el lugar del proyecto a toda hora. La elaboración de
los planos se hizo en base a los requeridos para un proyecto de drenaje
sanitario según el INFOM. Ver planos en anexos.
2.13 Presupuesto
La cuantificación de materiales y mano de obra para los trabajos se realizó
de acuerdo con lo siguiente:
• El concreto para la fundición de pozos se calculó por metro cúbico
• La cantidad de arena de río y piedrín, se calculó por metro cúbico de
fundición por pozo de visita.
• La cantidad de hierro se calculó mediante quintal por pozo de visita.
• El alambre de amarre se calculó según libras por pozo de visita.
• Se calcularon los materiales de la conexión domiciliar y colector
general para cada elemento en forma unitaria, así como la mano de
obra calificada.
30
• La totalidad de materiales tiene precios de flete incluido y otros
gastos.
• La cuantificación de la mano de obra calificada se realizó en forma
unitaria, metro lineal, metro cuadrado y metro cúbico.
• Los rendimientos de mano de obra se tomaron con base a la
experiencia de proyectos de drenaje ejecutados por la municipalidad;
la mano de obra no calificada se tomó como un aporte de los vecinos.
• Los salarios de la mano de obra, se tomaron según los que se
manejan en la unidad técnica de la municipalidad.
• El tipo de cambio del dólar utilizado fue de un dólar por ocho
quetzales con diez centavos.
32
Tabla V. Presupuesto drenaje en dólares
Tipo de cambio: un dólar por ocho quetzales con diez centavos
33
2.11. Obras de protección
Es la aplicación de técnicas para mantener el alcantarillado en buenas
condiciones y así garantizar el funcionamiento normal del sistema para el
periodo de diseño planificado.
La responsabilidad de mantenimiento y operación del sistema será
compartida entre la municipalidad de Santa Catarina Pinula y el comité de
vecinos de La Laguneta. El tiempo recomendado para inspeccionar el
funcionamiento del sistema debe ser en espacios no mayores a tres meses. Ya
que se trata de alcantarillado sanitario y por consiguiente en él corren aguas
con desechos sólidos y la tubería podría taparse con mucha facilidad.
El diseño de alcantarillado sanitario en sí es una obra de protección
comunitario pero también necesita de algunos dispositivos que ayuden a
cumplir la vida útil del mismo. Estos dispositivos son tomados en cuenta con
bastante seriedad y colocados en lugares específicos para que las personas
sepan siempre dónde ubicarlos a al hora de que haya necesidad de su uso.
Existe gran variedad de obras de protección en todo el ramal, algunas se
encuentran a simple vista y otras en el interior del sistema de alcantarillado.
En el municipio de Santa Catarina Pinula se utiliza sólo cierto tipo de
obras de protección ya que los recursos con los que se cuenta no son lo
suficientemente altos como para construir una gama de obras de protección
grande, que pueda evitar cualquier problema en el sistema.
34
Las obras de protección que se utilizaron para el diseño del alcantarillado
sanitario del Sector La Laguneta Aldea Don Justo fueron:
• Pozos de visita
• Tubería PVC para evitar filtraciones
• Escaleras tipo marinero para revisión de pozos
• Candelas domiciliares
• Tapaderas de concreto con base y gancho
• Planta de tratamiento
35
3. DISEÑO DE PAVIMENTACIÓN
3.1 Diseño de pavimento rígido de la calle principal la Salvadora
El proyecto consiste en el diseño de pavimento rígido de la calle principal
la Salvadora 1, se considera pavimentar un kilómetro y medio de la calle
principal, con un ancho que oscila entre 4.00 y 4.50 metros, incluido el bordillo.
Se realizaran los estudios topográficos, toma de muestra de suelos, ensayos de
laboratorio, planos y presupuesto.
3.1.1. Alcances del proyecto
Este proyecto en particular es de gran beneficio para los habitantes del
lugar ya que en la actualidad se les dificulta transitar por su área y no se diga
cuándo tienen que salir de ella. En época de lluvias en este sector se hace casi
imposible transitar ya que las calle se encuentra llena de lodo y barro por lo que
se hace un lugar bastante inhabitable.
36
3.2. Estudios de topografía
3.2.1. Levantamiento topográfico Consistió en obtener la información necesaria para diseñar la calle que
se va a pavimentar, esto es la planimetría y altimetría, que son bases
fundamentales para todo proyecto vial; su aplicación es determinante para
obtener las libretas de campo y planos que reflejen la conformación real del
lugar en donde se realizará el proyecto de pavimentación.
El estudio topográfico se realizó con el equipo siguiente:
• Un teodolito marca Wild T-1
• Un nivel de precisión marca Wild
• Una cinta métrica de 25 metros
• Una estadía
• Una plomada
• Estacas
3.2.2. Planimetría y altimetría
• Planimetría. El levantamiento planimétrico sirve para localizar la red
dentro de las calles, ubicar los pozos de visita y localizar todos aquellos
puntos de importancia. Entre los diferentes métodos que existen para
realizar el levantamiento planimétrico se utilizó el más común, que es el
de conservación de azimut con vuelta de campana para poligonal abierta,
debido a la forma en que las aldeas están estructuradas.
Se utilizó un teodolito con 0°00´20” de precisión, una plomada y cinta
métrica de metal, estacas de madera, martillo.
37
• Altimetría. Para el desarrollo del estudio fue necesario determinar las
diferentes elevaciones y pendientes del terreno mediante un
levantamiento topográfico del perfil del mismo. Con los datos obtenidos
se calcularon y trazaron las curvas de nivel. Por tratarse de diseño de
pavimento la precisión de los datos es muy importante, por lo que se
realizó una nivelación simple, para lo cual se utilizó un nivelador, estadía
de cuatro metros y cinta métrica de metal.
3.3. Estudio de suelos
• Gravas. Consiste en cualquier material rocoso con un diámetro de
partículas mayores de 0.5 cm Las partículas más grandes se denominan
piedras y las individuales mayores de 25 cm., rocas.
• Arenas. Es roca o material mineral granular que tiene más de la mitad de
las partículas gruesas menores de 0.5 cm, las arenas pueden ser finas o
gruesas y tener o no resistencia en ambos estados.
• Limos. Consisten en partículas de suelo muy finas, presentan una
apariencia no granular, a la vista y al tacto. Tienen cualidades de
compactación muy pobres, resistencia en estado húmedo y son
permeables al agua.
• Arcilla. Es un material de suelo extremadamente fino, muy cohesivo, con
alta resistencia en estado seco, buenas cualidades de trabajabilidad y
compactación.
38
• Materia orgánica. Consiste de la descomposición parcial de vegetales y
otras materias vivas. Generalmente se presenta como limo orgánico,
turba, o arcilla orgánica.
3.3.1. Ensayos de laboratorio
3.3.1.1. Limites de Atterberg
Las propiedades plásticas de los suelos arcillosos o limosos pueden ser
estudiados aproximadamente por medio de pruebas simples, las más usuales
se denominan límites de consistencia o de Atterberg.
Un suelo arcilloso, con un alto contenido de agua, se comporta como un
líquido. Al perder agua, va aumentando de resistencia hasta llegar a tener un
estado plástico, fácilmente moldeable; al continuar el secado llega a adquirir un
estado semisólido. Al continuar la pérdida de agua, pasa al estado sólido.
Los cambios de estado se producen gradualmente y los límites fijados
arbitrariamente entre ellos se denominan:
• Límite líquido. Lo fija el contenido de agua (expresado en por ciento del peso seco), que debe tener un suelo moldeado para que una muestra del mismo, en que se haya practicado una ranura de dimensiones estándar, al someterla al impacto de 25 golpes bien definidos, se cierre sin resbalar en su apoyo.
39
• Límite plástico. Lo fija el contenido de agua con el que comienza a
agrietarse un rollo formado con el suelo de 3.2 mm de diámetro, al
rodarlo con la mano sobre una superficie lisa, no absorbente que puede
ser una placa de vidrio.
• Límite de contracción. Es el contenido de agua que saturaría a un
suelo contraído por secamiento de evaporación.
La diferencia entre el límite líquido y el límite plástico se llama índice de
plasticidad y es una medida de la plasticidad del suelo. Se define el índice de
contracción por la diferencia entre los límites plástico y de contracción.
En mecánica de suelos, y en particular en los estudios de materiales
para la construcción del terraplén de una cortina, los límites de consistencia
constituyen una gran ayuda para clasificar la fracción fina de un suelo, y el
manejo de la explotación de préstamos, cuando estos forman materiales
esencialmente arcillosos o limosos.
3.3.1.2. Proctor
La compactación consiste esencialmente en compactar una muestra de
suelo húmedo en un molde cilíndrico de un volumen específico y con una
energía de compactación especificada. Por lo general se utilizan diferentes
ensayos, tres de los cuales se basan en las normas británicas y dos en las
normas de ensayos y sus referencias. Los primeros cuatro están basados en la
compactación dinámica creada por el impacto de un martillo metálico de una
masa específica que se deja caer libremente desde una altura determinada; el
suelo se compacta en un determinado número de capas iguales, cada capa
recibe un número especificado de golpes.
40
La compactación en el quinto ensayo se basa en una combinación de
presión estática y de vibración; el suelo se compacta en tres capas iguales
presionando fuertemente hacia abajo el compactador vibratorio durante 60
segundo en cada capa.
Después de preparar la muestra compactada, se miden su densidad de
vibración aparente y su contenido de humedad.
Luego de obtener los resultados de las diferentes iteraciones se realiza
una gráfica de densidad seca vrs. contenido de humedad. En la gráfica, como
se verá después, el pico define el contenido de humedad óptima a la cual el
suelo llega a la densidad máxima. Estos datos posteriormente son utilizados
para medir la capacidad soporte del suelo C.B.R.
3.3.1.3. C.B.R.
Este ensayo se realiza para determinar la resistencia del suelo bajo
condiciones de compactación y humedad controladas. El objetivo de este
ensayo con una muestra saturada cumple los siguientes propósitos:
• Obtener información sobre el hinchamiento o expansión del suelo.
• Obtener la pérdida de resistencia debido a la saturación en el campo.
• Valores de compactación y capacidad soporte.
recomendados para bases y sub bases.
41
Respecto a la conformación y compactación la capa de sub-base o base
triturada debe conformarse ajustándose a los lineamientos y secciones típicas
de pavimentación y compactarse en su totalidad, hasta lograr el 100% de la
densidad máxima determinada por el método AASHTO T 180, se debe efectuar
ambas operaciones dentro de las tolerancias establecidas.
La determinación de la densidad máxima se debe efectuar por cada
5,000 metros cúbicos de material de sub-base o base trituradas o cuando haya
evidencia que las características del material han cambiado o se inicie la
utilización de un nuevo banco.
La compactación en el campo se debe comprobar de preferencia
mediante el método AASHTO T 191. Con la aprobación escrita del ingeniero,
pueden utilizarse otros métodos técnicos, incluyendo los no destructivos.
El material de sub-base o bases trituradas con la compactación
realmente aplicada, dentro de las tolerancias establecidas, debe llenar el
requisito de valor soporte especificado.
Cuando el espesor de la capa a compactar, exceda los 300 milímetros, el
material debe ser tendido, conformado y compactado en dos o más capas
nunca menores de 100 milímetros.
Antes de iniciar las operaciones de construcción de la sub-base o base
triturada, en forma continua, el contratista debe efectuar un tramo de prueba en
el ancho total de la misma, indicando las secciones típicas de pavimentación,
con las condiciones, maquinaria y equipo que utilizará para este efecto en la
obra, con el objeto de que el delegado residente pueda determinar los valores a
usar para la evaluación de la compactación.
42
Si durante la construcción ocurren cambios apreciables en las
características y condiciones de los materiales, que varíen dichos valores, o se
cambie de bancos de aprovisionamiento de los materiales, se debe efectuar un
nuevo tramo de prueba.
Si los resultados del tramo de prueba son satisfactorios para el delegado
residente, la determinación de la densidad máxima, puede efectuarse por cada
10,000 metros cúbicos de material de sub-base o base triturada, siempre que la
compactación se efectúe en idénticas condiciones que en el tramo de prueba.
Resistencia del suelo 0 a 5 Sub-rasante muy mala
5 a 10 Sub-rasante mala
10 a 20 Sub-rasante regular a buena
20 a 30 Sub-rasante muy buena
30 a 50 Sub-base buena
50 a 80 Sub-base buena
80 a 100 Sub-base muy buena
3.3.1.4. Granulometria El análisis granulométrico de un suelo consiste en separar y clasificar por
tamaños los granos que lo componen. A partir de la distribución de los granos
en un suelo, es posible formarse una idea aproximada de otras propiedades del
mismo.
Según su composición, la granulometría puede determinarse por medio
de mallas, por el método del hidrómetro o bien combinando ambos.
43
El análisis mecánico húmedo se basa en el comportamiento del material
granular en suspensión, dentro de un líquido al sedimentarse. Los métodos de
análisis húmedo consisten esencialmente en una serie de mediciones en la
suspensión del suelo, hechas durante el proceso de sedimentación.
El análisis mecánico se concreta a segregar el suelo por medio de una
serie de mallas, que definen el tamaño de la partícula.
El análisis por tamices se hace con la muestra íntegra, usando en una
sola operación todos los tamices con una fracción de la muestra total, según
las características del material fino de ella. Cuando los suelos finos consisten
esencialmente en arcillas, el análisis de tamices se hace con material al cual se
le quitan las partículas finas (arcillas o limos) por medio del lavado. Con los
tamices se hace la separación de partículas desde 0.074 mm. de diámetro
(malla No. 200) hasta los granos mayores de 2” ( 5 cm). Al preparar la muestra,
se separa y se pesa la fracción mayor que la malla No. 4; el ensayo de esta
fracción se hará como va descrito a continuación para el material que pasa por
la malla No. 4, con la diferencia de que los tamices usados serán, 3”, 2”, 1 ½”,
1”, ¾”, ½” y 3/8”.
La cantidad de suelo requerido para el ensayo de la fracción que pasa
por la malla No. 4 (granulometría fina), depende de la cantidad de suelos finos
(arcillas o limos) que contenga.
Suelos arcillosos y limosos 200 a 500 gr.
Suelos arenosos 500 a 1000 gr.
44
3.4. Diseño del pavimento
3.4.1. Pavimento rígido
Es una losa de concreto hidráulico que descansa sobre el suelo de
fundación o sub rasante, su objetivo principal es transmitir las cargas que
genera el transito sobre ella, de una manera proporcional sobre el suelo;
también protege al suelo de los efectos del clima y cargas. El pavimento rígido,
debido a su consistencia y alto módulo de elasticidad, utiliza la acción de viga
para distribuir la carga en un área de suelo relativamente grande, en este tipo
de pavimento la mayor parte de la capacidad estructural es proporcionada por
la losa de concreto.
Naturalmente, un camino ha de ser capaz de soportar las cargas que el
tráfico vehicular ocasiona, sin que se produzcan desplazamientos en la
superficie, base o sub-base. Corrientemente se llama a esto estabilidad, otras
veces resistencia mecánica, refiriéndose no sólo a la resistencia al peso directo
de la rueda de tantos kilogramos por centímetro cuadrado, sino también a la
capacidad de impedir la presencia de roturas internas y movimiento de
partículas ocasionadas por la acción de amasadura del tráfico.
• Protección de la terracería contra el agua. El agua es uno de los
elementos que más contribuye a la destrucción de una carretera, un
exceso de agua produce lubricación entre las partículas. Es necesario
tener un control de las aguas superficiales, como de las que se filtran en
el subsuelo.
45
• Desgaste de los materiales por rodamiento. El desgaste en la superficie
de rodamiento producido por el paso de vehículos origina desgaste por
abrasión hasta la formación de nubes de polvo, el arrancado y pérdida
de elementos de mayor tamaño.
• Contextura superficial adecuada. Se hace indispensable que la capa de la rodadura sea suficientemente lisa para proporcionar seguridad y comodidad al usuario, pero debe de tener alguna rugosidad para no ser peligrosa.
• Flexibilidad para adaptarse a las fallas de la sub base. Rara vez permite el tiempo y el dinero de que se dispone, una preparación total de la subbase y terraplenes, antes de construir la capa de rodadura. Es por tanto, conveniente que esta capa de rodadura sea capaz de adaptarse a pequeños hundimientos, sin que sean necesarias costosas reparaciones.
• Resistencia a la meteorización. El sol, la lluvia, el viento, las heladas, el calor y el frío actúan continuamente sobre los materiales de la superficie. Algunos materiales o combinaciones de ellos, resisten estas fuerzas destructoras mejor que otros, prolongando así la vida de la superficie.
3.4.1.1. Componentes del pavimento
Los pavimentos están constituidos por diferentes componentes, los que a
continuación se mencionan.
46
3.4.1.1.1. Terreno de fundación
Es aquel que sirve de fundación al pavimento después de haber sido
terminado el movimiento de tierras y que una vez compactado, tiene las
secciones transversales y pendientes indicadas en los planos de diseño.
De la capacidad soporte depende en gran parte el espesor de la
estructura del pavimento, por ejemplo: si el terreno de fundación es pésimo,
debe desecharse el material que lo compone siempre que sea posible y
sustituirse por un suelo de mejor calidad. Si el terreno de fundación es malo,
habría que colocar una sub-base de material seleccionado antes de poner la
base.Si el terreno de fundación es regular, podría prescindirse de la subbase. Si
es excelente, podría prescindirse de la sub-base y base.
3.4.1.1.2. Sub rasante
Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura del
pavimento y que se extiende hasta una profundidad en que no le afecte la carga
de diseño que corresponde a la estructura prevista.
Los pavimentos de calles de los sistemas de tránsito general que
soportarán un tráfico frecuente de camiones pesados, se asentarán sobre una
sub-base con el fin de prevenir el bombeo de los suelos finos de la sub rasante
ante el fenómeno llamado bombeo de lodo que ocurre cuando la sub rasante
es de suelos arcillosos y limos arcillosos y el agua de lluvia se infiltra a la sub
rasante, especialmente a través de las juntas mal selladas y de las grietas en
47
las losas, saturándolas y disminuyendo su capacidad-soporte y, en
consecuencia, permitiendo que se aumenten las deformaciones.
Estudios realizados acerca de este fenómeno muestran que esto no
ocurre cuando la sub rasante o la base granular tiene un porcentaje de finos
(para tamiz No. 200) menor de 45% y un índice de plasticidad menor de 6.
El soporte que la sub rasante presta al pavimento se expresa con el
valor del módulo de reacción “k” de la sub rasante y puede ser determinado
mediante ensayos en el terreno o por correlación con valores soportes
establecidos mediante otros ensayos. Cuando el tiempo y el equipo de
laboratorio no permiten obtener el valor de K por medio del ensayo del plato,
para efectos de diseño, puede considerarse la relación aproximada entre K y el
C.B.R. a través de tablas.
3.4.1.1.2.1. Requisitos para los materiales de la sub rasante
Dentro del material apropiado para la subrasante se encuentran los
suelos granulares, con menos de 3% de hinchamiento en ensayo AASHTO T-
193, que no tengan características inferiores a los suelos que se encuentran en
el tramo o sección que se está reacondicionando y que además, no sean
inadecuados para la subrasante.
Son materiales inapropiados para sub rasante los: suelos clasificados
como A-8, que son altamente orgánicos, constituidos por materiales vegetales,
parcialmente carbonizados o fangosos. Su clasificación se basa en inspección
visual y no dependen de pruebas de laboratorio; se compone de materia
orgánica parcialmente podrida; generalmente tiene textura fibrosa; un color café
48
oscuro o negro y olor a podredumbre; son altamente compresibles y tienen muy
baja resistencia. Además, basura o impurezas, que puedan ser perjudiciales
para la cimentación del pavimento.
Las rocas aisladas, mayores de 10 centímetros, que se encuentren
incorporadas en los 30 centímetros superiores de la capa de suelo de sub
rasante.
3.4.1.1.3. Sub base
Es la primera capa del pavimento y está constituida por una capa de
material selecto o estabilizado, de un espesor compactado, según las
condiciones y características de los suelos existentes en la subrasante, pero en
ningún caso menor de 10 centímetros ni mayor de 70 centímetros. Las
principales funciones de la sub base son:
Transmitir y distribuir las cargas provenientes de la base.
Servir de material de transición entre la terracería y la base, así también
como elemento aislador; previniendo la contaminación de la base cuando la
terracería contenga materiales muy plásticos.
Romper la capilaridad de la terracería y drenar el agua proveniente de la
base, hacia las cunetas. Es importante que la sub-base y la base en su
sección transversal sean interceptadas por las cunetas, para que éstas drenen
fácilmente el agua que aquellas eliminan.
49
3.4.1.1.3.1. Requisitos de la sub base
La capa de la sub-base debe estar constituida por suelos de tipo
granular en su estado natural o mezclados, que formen y produzcan un material
que llene los siguientes requisitos:
Valor soporte: el material debe tener un CBR, AASHTO T-193, mínimo
de 30, efectuado sobre muestra saturada a 95% de compactación, AASHTO T-
180, o bien un valor AAHTO T-90, mayor de 50.
El tamaño máximo de las piedras que contengan material de sub-base,
no debe exceder de 7 centímetros, el material de sub-base no debe tener mas
de 50% en peso, de partículas que pasen el tamiz No. 200 (0.075 mm.).
La plasticidad porción que pasa el tamiz No. 40 (0.425 mm.), no debe tener un
índice de plasticidad AASHTO T-90, mayor de 6 ni un límite líquido, AASHTO T-
89 mayor de 25, determinados ambos, sobre muestra preparada en húmedo
AASHTO T-146.
Cuando las disposiciones especiales lo indiquen expresamente, el índice de
plasticidad puede ser más alto, pero en ningún caso mayor de 8.
Equivalente de arena. No debe ser menor de 25, determinado por el método
de la AASHTO T-176.
Impurezas. El material de la sub-base debe estar razonablemente exento de
materiales vegetales, basura, terrones de arcilla, o sustancias que incorporadas
dentro de la capa de la sub-base puedan causar, a criterio profesional, fallas en
el pavimento.
50
3.4.1.1.3.2. Sub base estabilizada
Es la capa de sub-base preparada y construida aplicando la técnica de
estabilización de suelos, para mejorar sus características de fricción interna y
cohesión, por medio del uso de materiales o productos estabilizadores.
Los suelos a estabilizar pueden ser los existentes en la sub rasante
previamente preparada y reacondicionada, suelos seleccionados de bancos de
material, ya sea en su estado natural, mezclando varios de ellos, o en
combinación con los suelos de la sub rasante.
Los suelos a estabilizar no deben de contener piedras mayores de 5
centímetros, materias vegetales, basura, terrones de arcilla o sustancias que
incorporadas en la sub-base estabilizada perjudiquen la estructura del
pavimento.
Dentro de los materiales estabilizadores se puede encontrar la cal
hidratada, la lechada, lechada de cal, granza de cal, cal viva, cemento Pórtland,
y materiales bituminosos, aunque pueden establecerse disposiciones
especiales con otros productos estabilizadores como el cloruro de calcio,
cloruro de sodio, etc.
3.4.1.1.4. Base
Es la capa de material selecto que se coloca encima de la sub-base o
sub rasante, cuyo espesor debe ser no mayor de 35 cm ni menor de 10 cm
Dentro de sus principales características están las siguientes:
Transmitir y distribuir las cargas provenientes de la superficie de rodadura.
51
Servir de material de transición entre la sub-base y la carpeta de rodadura.
Drenar el agua que se filtre a través de las carpetas y hombros, hacia las
cunetas.
Ser resistente a los cambios de temperatura, humedad y desintegración por
abrasión producidas por el tránsito.
3.4.1.1.4.1. Requisitos para los materiales de
base de grava o piedra triturada
El material de base debe consistir en piedra o
grava de buena calidad, triturada y mezclada con material de relleno, llenando
además los requisitos siguientes:
Valor soporte: el material debe tener un C.B.R AASHTO T-193, mínimo de 90%,
efectuado sobre muestra saturada a 95 % de comparación AASHTO T-180.
Abrasión: la porción retenida en el tamiz No. 4 (4.75mm) no debe tener un
desgaste mayor de 50 a 500 revoluciones en la prueba de la AASHTO T-96.
Caras fracturadas y partículas planas o alargadas. No menos del 50 % en peso
de las partículas retenidas en el tamiz No. 4 (4.75 mm) deben tener una cara
fracturada ni más del 20 % en peso pueden ser partículas planas o alargadas,
con una longitud mayor de cinco veces el espesor promedio de dichas
partículas.
Impurezas: estar libre de materia vegetal, basura o terrones de arcilla.
Graduación del material: cumplir con AASHTO T-27 Y T-11.
52
3.4.1.1.4.2. Plasticidad y cohesión
Plasticidad: la porción del tamiz No. 40 (0.425 mm) no debe tener un índice de
plasticidad mayor de 3% ni un límite liquido mayor de 25%.
Material más fino de 0.075 mm: el porcentaje que pasa el tamiz No.
00(0.075 mm), debe ser menos que la mitad del porcentaje que pasa el tamiz
No. 40 (0.425 mm).
Equivalente de arena: no debe ser menor de 40, determinado según
AASHTO T-176.
Material de relleno: debe ser constituido por material arenoso, limo
orgánico, polvo de roca con alto porcentaje de partículas que pasan el tamiz No.
10 (2.00 mm).
3.4.1.1.4.3. Requisitos para los materiales
de base granular
Base granular es la capa formada por la combinación de piedra o grava,
con arena y suelo, en su estado natural. Para constituir una base integrante de
un pavimento debe cumplir con los siguientes requisitos:
Debe de tener un C.B.R. determinado por el método de AASHTO T-193,
mínimo de 70 %, efectuado sobre muestra saturada, a 95 % de compactación
AASHTO T-180, con un hinchamiento máximo de 0.5 % según el ensayo de
AASHTO T-193.
53
La porción de agregado retenida en el tamiz No. 4, no debe tener un
porcentaje de desgaste por abrasión, determinado por el método AASHTO T-
96, mayor de 50, a 500 revoluciones.
No debe tener más del 25% de partículas planas o alargadas en peso del
material retenido en el tamiz No. 4, con una longitud mayor de cinco veces el
espesor promedio de dichas partículas.
El material de base granular debe estar razonablemente exento de
materias vegetales, basura o terrones de arcillas.
El material para capa de base granular debe llenar los requisitos de
graduación determinados por los métodos de AASHTO T-27 y AASHTO T-11.
La fracción de material que pasa el tamiz No. 4, incluyendo el material de
relleno, no debe tener en la porción que pasa el tamiz No. 40, un índice de
plasticidad mayor de 6, determinado por el método AASHTO Y-90, ni un límite
líquido mayor de 25, según AASHTO T-89, determinadas ambas muestras
preparadas en humedad, según AASHTO T-146, el equivalente de arena no
debe ser menor de 30, según AASHTO T-176.
Cuando se necesite agregar material de relleno al que se encuentra
naturalmente en el material, para proporcionarle características adecuadas de
granulometría y cohesión, éste debe estar libre de impurezas y consistir en un
suelo arenoso, polvo de roca, limo inorgánico y otro material con alto
porcentaje de partículas que pasa el tamiz No. 10.
54
3.4.1.1.4.4. Requisitos para los materiales de base estabilizadora con cemento Pórtland
La base estabilizada con cemento Pórtland es la capa de base,
constituida de materiales pétreos y/o suelos mezclados con cemento Pórtland y
agua; aplicando la técnica de estabilización, con el objeto de mejorar sus
condiciones de estabilidad y resistencia a la humedad, además debe cumplir
con los siguientes requisitos.
La porción de material retenida en el tamiz No. 4, no debe tener un
porcentaje de desgaste por abrasión mayor de 50 a 500 revoluciones, salvo
casos especiales en donde no debe ser mayor de 60 a 500 revoluciones.
Cuando se requiera piedra o grava triturada, no menos del 50 % en peso
de las partículas retenidas en el tamiz No. 4, deben tener por lo menos, una
cara fracturada. En todo caso, no más del 20 % en peso, pueden ser partículas
planas o alargadas, con una longitud mayor de cinco veces el espesor promedio
de dichas partículas.
El material a estabilizar debe estar razonablemente exento de materias
vegetales, basura o terrones de arcilla.
Debe cumplir con los requisitos determinados en los métodos de
graduación de la AASHTO T-27 y T-11.
El material a estabilizar debe ser razonablemente uniforme en calidad y
densidad y su peso unitario, determinado según AASHTO T-19, no debe ser
menor de 60 libras / pie cúbico.
55
Cuando se necesite agregar material de relleno en adición al que se
encuentra en forma natural, para proporcionarle características adecuadas de
granulometría, éste debe estar libre de impurezas.
3.4.1.1.4. Bombeo
El bombeo transversal es la pendiente necesaria para evacuar el agua
hacia las orillas de la carretera y llevarla hacia tragantes, la pendiente de
bombeo utilizado en este caso será del 3% hacia los lados.
Figura 5. Sección transversal
LC
BOMBEO
3.4.2. El cemento Pórtland
El concreto hidráulico es la mezcla de cemento Pórtland, arena,
agregado mineral grueso (piedra triturada o grava) y agua. Los fabricantes de
cemento Pórtland en nuestro medio elaboran producto de primera calidad, el
cemento es generalmente distribuido en sacos de 94 libras ( 42.5 kilogramos ),
y 0.28m^3 ( un pie cúbico de volumen ).
56
3.4.3. Pavimento de concreto de cemento Pórtland
Es un pavimento rígido constituido de losas de concreto de cemento
Pórtland simple o reforzado.
Los pavimentos de concreto varían en espesor, desde los relativamente
delgados de 5 ó 6 pulgadas (13 ó 15 cm) para tráfico de carga ligera, para
estacionamientos y algunas calles residenciales; hasta losas más gruesas para
calles y carreteras principales, losas para pavimentos interestatales diseñadas
para llevar tráfico vehicular de carga pesada, de gran intensidad y velocidad;
finalmente, losas para pavimentos de aeropuertos las cuales pueden ser de
hasta 24 pulgadas (61 cm), con cargas tan grandes de hasta 750.000 libras
( 340 toneladas).
Cada uno de estos tipos puede carecer de refuerzo, tener únicamente acero
distribuido, ser relativamente reforzado, por ejemplo, pavimento de concreto con
refuerzo continuo, e inclusive, ser preesforzado.
3.4.3.1. Requisitos para los materiales del concreto
3.4.3.1.1. Cemento Pórtland.
Debe ser tipo I o tipos II y III.
3.4.3.1.2. Agregado fino
La graduación del agregado debe estar dentro de lo indicado en la tabla VI.
57
Tabla VI. Graduación de agregados para el concreto con cemento Pórtland
El módulo de finura no debe ser menor de 2.3 ni mayor de 3.1, ni variar
en más de 0.20 del valor asumido al seleccionar las proporciones de concreto.
El módulo de finura de un agregado se determina de la suma de los
porcentajes por peso acumulado retenidos en los siguientes tamices de malla
cuadrada, divida entre 100. 3”, 1.5”, ¾”, 3/8”, No. 4, No. 8, No. 16, No. 30, Núm.
50, No. 100.
3.4.3.1.3. Agregado grueso
El porcentaje de partículas planas o alargadas (longitud mayor de 5
veces el espesor promedio), no debe sobrepasar de 15 % en peso.
El porcentaje de partículas finas no debe exceder de 5 % en peso, pero
el contenido de terrones de arcilla no debe ser mayor de 0.25 % en peso.
Tam ices AASHTO M 92 Porcentaje que pasa
03-Ago 100 100
No. 4 95-100 95-100
No. 8 - - - - 75-95
No. 16 45-80 50-85
No. 30 - - - - 25-60
No. 50 May-30 May-30
No. 100 May-30 May-30
No. 200 00-04 00-04
58
La graduación del agregado grueso debe satisfacer una de las
graduaciones indicadas en la tabla VII.
Tabla VII. Graduación del agregado grueso
Porcentaje en peso que pasa
No. tamiz 3" 2.5" 2" 1.5" 1! 3/4" 1/2" 3/8" No. 4
1 0.5" No. 4 * 100 90-100 40-70 0-15
2 3/4" No. 4 * 100 95-100 20-55 0-10
3 1" No. 4 * 100 95-100 25-60 0-10
4 1.5" No. 4 100 95-100 35-70 Oct-30 0-10
5 2" No. 4 100 95-100 35-70 Oct-30 0-05
6 2.5" No. 4 100 95-100 35-70 Oct-30 0-05
* No más del 5 % debe pasar el tamiz No. 8
El agua para mezclado, curado del concreto y lavado de agregados debe
ser preferentemente potable, limpia y libre de cantidades perjudiciales de aceite,
ácidos, álcalis, azúcar, sales como cloruros o sulfatos, material orgánico y otras
sustancias que pueden ser nocivas al concreto o al acero.
59
Requisitos para el refuerzo en las losas: cuando las disposiciones
especiales lo requieran expresamente, se usarán losas reforzadas.
El refuerzo debe consistir en malla de alambre de acero de refuerzo soldado, o
emparrillado de barras de acero.
3.4.3.2. Calidad del concreto
Generalidades. El concreto debe dosificarse y producirse para asegurar
una resistencia a la compresión promedio lo suficiente alta, para minimizar la
frecuencia de resultados de pruebas por debajo del valor de resistencia a la
compresión especificada en los planos. Los planos deben mostrar claramente la
resistencia a la compresión del concreto, para la cual se ha diseñado cada parte
de la estructura. Los requisitos para comprobar la resistencia del concreto,
deben basarse en cilindros fabricados y probados de acuerdo con los métodos
AASHTO o ASTM.
Criterios de variación de las pruebas de resistencia. Las proporciones del
concreto pueden establecerse con base en la experiencia de campo, con
materiales semejantes a los que se emplearán en la obra propuesta, o sobre la
base de pruebas de tanteo en el laboratorio.
Criterio 1: que haya una probabilidad menor de 1 en 10, de que una
prueba individual de resistencia tomada al azar, sea más baja que la resistencia
especificada, en cuyo caso la resistencia promedio requerida se calcula por
medio de la fórmula:
ScfcrF *282.1`'' +=
60
ScfcrF *326.2500`'' +−= ScfcrF *326.235`'' +−=
Criterio 2: que haya una probabilidad de 1 en 100, de que el promedio de 3
pruebas consecutivas de resistencia, sea más bajo que la resistencia
especificada, en cuyo caso la resistencia promedio requerida se calcula por la
fórmula:
Que haya una probabilidad de 1 en 100, de que una prueba individual de
resistencia sea 500 libras / pulgada cuadrada (35kg./cm^2) más baja que la
resistencia especificada, en cuyo caso la resistencia promedio requerida, se
obtiene por las fórmulas:
(en libras / pulgada cuadrada)
(en kg. / centímetro cuadrado)
En donde:
F’cr = Resistencia promedio requerida para la selección de proporciones de la
mezcla de concreto.
F’c = Resistencia del concreto especificada en los planos, a los 28 días.
S = desviación estándar de las pruebas individuales de resistencia
3.4.3.2.1. Clases de mezclas
Las principales clases de concreto hidráulico utilizadas en carreteras son
las siguientes:
ScfcrF *343.1`'' +=
61
Concreto clase “A”. Debe tener un mínimo de resistencia a la compresión de
3,000 libras por pulgada cuadrada, (210.9 kg. por centímetro cuadrado), a los
28 días; un contenido mínimo de 8 sacos de cemento de 94 libras (42.7 kg. )
por metro cúbico y 6 galones (22.7 litros ) de agua por saco de cemento
Pórtland. Normalmente se emplea en construcciones masivas, altamente
reforzado (vease tabla VIII).
Concreto clase “B”. Debe tener un mínimo de resistencia a la compresión de
2,500 libras por pulgada cuadrada (175.8 kg. / cm^2 ), a los 28 días; un
contenido mínimo de 7.25 sacos de cemento de 94 libras ( 42.7 kg. ), por metro
cúbico y 7 galones ( 26.5 litros ) de agua por saco de cemento. Al igual que el
concreto clase “A” se utiliza en construcciones masivas; pero ligeramente
reforzado (vease tabla VIII).
Concreto clase “C”. Debe tener un mínimo de resistencia a la compresión de 2,000 libras por pulgada cuadrada (140.6 kg. / cm^2 ), a los
28 días; un contenido mínimo de 6 sacos de cemento de 94 libras ( 42.7 kg. ), por metro cúbico y 8 galones (30.0 litros) de agua por saco de
cemento. Utilizado sin refuerzo alguno (vease tabla VIII).
Concreto clase “D”. Se deberá utilizar en concretos hidráulicos pretensados (vease tabla VIII).
Concreto clase “X”. Se emplea en secciones masivas, ligeramente reforzadas y cuando se desea obtener un concreto de mejor calidad
que la clase “B” (vease tabla VIII).
62
Concreto clase “Y”. Puede emplearse en secciones delgadas y reforzadas (vease tabla VIII).
Concreto clase “S”. Generalmente utilizado para trabajos bajo el agua (vease tabla VIII).
Tabla VIII. Proporciones de las diferentes clases de mezclas Método de Tamaño de agregados Peso en kg. de los agregados
1 fabricación 2 Normal Alternativa 3 4 Grava Piedra triturada
Finos Gruesos Finos Grueso
A Vibrado 8.5 1.5"-No. 4 1" - No.4 5.5 1-3 185 430 200 400
A No vibrado 8.5 1.5"-No. 4 1" - No.4 5.5 2-4 210 400 230 365
AA Vibrado 8 1" – No.4 3/4"– No.4 6 1-3 230 440 250 390
AA No vibrado 8 1" - No.4 3/4"- No.4 6 2-4 260 405 280 360
B Vibrado 7.3 2" - No.4 1.5"- No. 4 7 1-2 275 680 310 620
B No vibrado 7.3 2" - No.4 1.5" No -. 4 7 2-3 320 635 355 275
C Vibrado 6 2.5" -No.4 2" - No.4 8.5 1-2 345 910 390 835
C No vibrado 6 2.5" -No.4 2" - No.4 8.5 2-3 410 835 455 770
D Vibrado 9.8 1" - No.4 3/4"- No.4 4.5 1-3 170 340 175 325
X Vibrado 7 2" - No.4 1.5"- No. 4 6 1-2 200 560 230 510
X No vibrado 7 2" - No.4 1.5"- No. 4 6 2-3 240 525 270 470
Y Vibrado 9 1/2"–No.4 3/4"- No.4 5.5 1-3 235 285 240 270
Y No vibrado 9 1/2" - No.4 3/4"- No.4 5.7 2-4 260 260 270 240
S No vibrado 9 1" - No.4 3/4" - No.4 6 4.8 195 355 220 305
1 Clase de concreto
2 Bolsas de cemento de 94 libras por metro de cemento
3 Relación neta máxima agua / cemento en galones por bolsa de
cemento
4 Revenimiento o slump test, en pulgadas
63
3.4.3.3. Conformación y curado del pavimento
El pavimento rígido está constituido por cemento, agregado fino,
agregado grueso, aire y agua, también puede estar constituido por aditivos.
La mezcla en estado plástico se coloca en la base humedecida y luego
se hace vibrar para no dejar espacios libres (ratoneras) dentro del concreto que
puedan producir fallas no deseadas.
Se coloca un arrastre, ya sea manual o mecánico, para dejar lista la
rasante anteriormente diseñada, luego de aplicar el arrastre se raya el concreto
de forma normal a la línea del eje central de la calle, para luego aplicar un
curador de concreto, cuya función es mantener el pavimento fresco para que no
libere vapor y no pierda resistencia dentro de las primeras 24 horas criticas del
pavimento.
Dejar descansar el pavimento por 28 días en los cuales llegará a la
resistencia requerida por el concreto y dar paso libre a vehículos.
3.4.3.3.1. Curador del concreto
Compuesto concentrado color rojo o blanco, en forma liquida y se aplica
sobre la superficie del concreto recién colocado. Producto elaborado bajo la
norma ASTM C-309.
64
El modo de empleo es directo a la superficie acabada por medio de un
aspersor con el objeto de cubrir toda la superficie con una película uniforme y
economizar material. Rendimiento, un litro de curado cubre aproximadamente
de 4 a 6 metros cuadrados en una mano.
3.4.4. Método y procedimiento de diseño simplificado para pavimentos rígidos (pca)
La PCA (Asociación del Cemento Pórtland) ha desarrollado dos métodos
para determinar el espesor de losa adecuada para soportar la carga de tránsito
de calles y carreteras.
3.4.4.1. Método de capacidad
Procedimiento de diseño con posibilidad de obtener datos de carga. Éste
asume datos detallados de carga-eje que tienen que ser obtenidos de
estaciones representativas. Este método no se describirá en el presente trabajo
de graduación.
3.4.4.2. Método simplificado
Procedimiento sencillo que determina el espesor de losa necesario,
según tablas de distribución, compuestas de carga de eje, que representan
diferentes categorías de carreteras y tipos de calles.
El método simplificado, como se mencionó, utiliza los datos de la tabla
para los cuatro categorías de tránsito (vease tabla IX). Éstas están diseñadas
para un periodo de diseño de 20 años.
65
Han sido elaboradas contemplando el factor de seguridad de carga, este
factor incrementa el valor de carga estática por eje, ya que los esfuerzos
producidos por movimiento son más que los ocasionados cuando el mismo eje
está detenido, para que el esfuerzo producido por un eje estático alcance su
máximo valor.
Los factores de seguridad por los cuales deben multiplicarse las cargas
nominales de ejes son 1.0, 1.1, 1.2, y 1.3, respectivamente, para las cuatro
categorías de eje de carga 1, 2, 3, y 4.
Para la determinación del espesor de la losa de concreto se hace
necesario conocer los esfuerzos combinados de la subrasante y sub-base,
(véase tabla X), ya que mejoran la estructura de un pavimento. Una
comparación importante de bases, de suelo-cemento en relación con las bases
granulares, es que existe mayor grado de resistencia estructural en las primeras
que las segundas.
El valor aproximado de ks (modulo de reacción), cuando se usan bases
granulares y bases de suelo cemento, respectivamente, se muestran en las
tablas XI y XII.
En ausencia de los valores de los ensayos de laboratorio, puede usarse
la relación aproximada entre ks y CBR o valor soporte de California para
diferentes tipos de suelo.
66
3.4.4.2.1. Tránsito
En el diseño al utilizar este método se hace necesario conocer el TPDC,
el cual puede ser expresado como un porcentaje de TPD. El tránsito futuro tiene
considerable influencia en el diseño, por lo que la razón de crecimiento es
afectada por factores como el tránsito desarrollado.
Todos estos factores pueden causar razones de crecimiento anual del 2
al 6 %, que corresponden a factores de proyección de tránsito a 20 años de 1.2
a 1.8 (vease tabla XIII).
El uso de razones altas de crecimiento para calles residenciales no es
aplicable, ya que las calles llevan poco tránsito, generalmente el originado en
las mismas es ocasionado por vehículos de reparto, por lo que las tasas de
crecimiento podrían estar debajo del 2 % por año (factores de proyección de 1.1
a 1.3). Las tablas están diseñadas para un periodo de 20 años, para otros
periodos de diseño, las estimaciones de tránsito TPDC se multiplican por un
factor apropiado para obtener un valor ajustado para usar las tablas. Por
ejemplo, si se decide utilizar un periodo de diseño de 40 años en lugar de 20
años, la estimación del valor del TPDC permisible es multiplicado por 40/20.
3.4.4.2.2. Etapas del método simplificado
Estimar el tránsito promedio diarios de camiones (TPDC) en ambas
direcciones, no incluyendo camiones de dos ejes y cuatro llantas.
Seleccionar categoría de carga por eje, según la tabla IX.
Encontrar el espesor de la losa requerida en la tabla apropiada.
67
El TPDC incluye solamente camiones de seis llantas o más, unidades
simples o combinadas de tres ejes o más. No se incluyen paneles, pick ups o
algún otro camión de dos ejes y cuatro llantas.
El número permisible de camiones pesados por día de todo tipo, tiene
que ser mayor que el TPDC arbitrario, por lo menos en el doble para autopistas
y el triple para calles y carreteras secundarias.
Para el uso correcto de la tabla XIII, los valores de TPD y TPDC no
deben ser usados como un criterio primario para seleccionar la categoría de
carga de eje, los datos son mostrados únicamente para ilustrar valores típicos.
En lugar de ello, lo correcto es confiar más en la descripción de una categoría
con base en los valores esperados de máxima carga de eje. El valor de diseño
del TPDC será obtenido por una clasificación de conteo de los camiones
esperados.
Las tablas de diseño XIII y XIV, incluyen el diseño para pavimento con
bordillo integrado y sin bordillo de concreto con cemento Pórtland. El bordillo
integrado ofrece ventajas sobre el bordillo-cuneta separados. El bordillo
integrado provee un espaciamiento del borde del pavimento que disminuye sus
flexiones y tensiones, y mejora su capacidad estructural, con lo cual se reduce
el espesor de la losa de un pavimento determinado entre 1 a ½ pulgadas.
La transmisión de carga de tránsito de una losa a otra adyacente, a
través de las juntas puede llevarse a cabo por medio del sistema de dovelas
(barras de acero liso), éstas no son necesarias para volúmenes de tránsito de
camiones bajos y por juntas aserradas (interacción de agregados), a
continuación se presentan las tablas correspondientes para el diseño de
pavimentos rígidos.
68
Tabla IX. Categorías de carga por eje
Carga por Tráfico Carga mácima
eje Descripción ADDT por eje KIPS
categoria
Área de
transito Porcentaje Por dia Eje sencillo
Eje
tándem
1 Calles residenciales 200 a 800 1-3 Arriba 22 36
carreteras rurales y De 2.5
secundarias ( bajo a
medio)
2 Calles colectoras 700 a 5,000 5-18 De 40 a 26 44
calles rurales y
secundarias 1,000
(altas) carreteras
primarias
y calles arteriales (bajo)
3 Calles arteriales y 3,000 - 12,000 8-30 De 500 a 30 52
carreteras primarias
(medio) 2 carriles 5,000
Súper carreteras 3,000 - 50,000
interestatales urbanas 4 carriles
y rurales (bajo y medio) o mas
4
Calles arteriales,
carreteras 3,000 - 20,000 8-30 De 1,500 34 60
primarias, súper
carreteras 2 carriles A 8,000
(altas), interestatales
urbana
y rural (medio a alto)
69
Tabla X. Tipos de suelos de la subrasante y valores aproximados de “k”
Tipos de suelo Soporte Rango de valores
de K PCI
Suelos de grano fino en que
el tamaño de partículas de Bajo 75 - 120
limo y arcilla predominan
Arenas y mezclas de arena
con grava, con una cantidad Medio 130 - 170
considerada de limo y arcilla
Arenas y mezclas de arena
con grava relativamente libre de
suelos finos Alto 180 - 220
Sub-base tratada con Muy alto 250 - 400
cemento
70
Tabla XI. Valores de k para diseño sobre bases granulares (de pca)
Tabla XII. Valores de k para diseño sobre bases de suelo-cemento (de pca)
Valor de la Valor de K sobre la base lbs / plg^3
Subrasante
lbs / plg^3 Espesor Espesor Espesor Espesor
4 plg 6 plg 9 pug 12 plg
50 170 230 310 390
100 280 500 520 640
200 470 640 830
Valor de K Valor de K sobre la base llbs / plg ^3
de la
subrasante Espesor Espesor Espesor Espesor
lbs / plg^3
4 plg 6 plg 9 plg 12 plg
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
71
Tabla XIII. Porcentaje anual de crecimiento del tráfico y factores de
proyección correspondientes
Porcentaje anual Factor de Factor de
de crecimiento proyección 20 años proyección 40 años
del tráfico
1 1.1 4.2
1 1/2 1.2 1.3
2 1.2 1.5
2 1/2 1.3 1.6
3 1.3 1.8
3 1/2 1.4 2
4 1.5 2.2
4 1/2 1.6 2.4
5 1.6 2.7
5 1/2 1.7 2.9
6 1.8 3.2
72
Tabla XIV. TPDC permisible, carga por eje categoría 1 pavimento con juntas de trave por agregado (no necesita dovelas)
Sin hombros de concreto o bordillo Con hombros de concreto o bordillo
Espesor Soporte Sub-rasante Sub-base Espesor Soporte Sub-rasante Sub-base
de la losa de la losa
plg Bajo Medio Alto plg Bajo Medio Alto
4 0.02 0.9
4.5 0.1 4.5 2 8 25
MR (1) 5 0.1 0.8 3 5 30 130 330
De 5.5 3 15 45 5.5 320
650 6 40 160 430
PSI (2) 6.5 330
5 0.1 0.4 4 0.1
MR 5.5 0.5 3 9 4.5 0.2 1 5
De 6 8 36 98 5 6 27 75
650 6.5 76 300 760 5.5 76 290 730
PSI 7 520 6 610
5.5 0.1 0.3 1 4.5 0.2 0.6
MR 6 1 6 18 5 0.8 4 13
De 6.5 13 60 160 5.5 13 57 150
650 7 110 400 6 130 480
PSI 7.5 620
(1) Momento resistente (2) Medida de fuerza (libras fuerza/ pulgada cuadrada)
73
Tabla XV. TPDC permisible, carga por eje categoría 2. Pavimentos con juntas dovelas
Concreto sin hombros o bordillo Concreto con hombros o bordillo
Espesor Soporte Sub rasante
Sub-
base espesor soporte sub- rasante
Sub-
base
de la losa de la losa
plg Bajo Medio Alto Muy alto plg Bajo Medio Alto Muy alto
5 3 9 42
MR(1) 5.5 5 5.5 9 45 120 450
6 4 12 59 6 96 380 370 3400
DE 650 6.5 9 43 120 490 6.5 710 2600
7 80 320 840 3100 7 4200
7.5 490 1800
PSI(2) 8 2500
MR 6 11 5 1 8
6.5 8 24 110 5.5 1 8 23 98
DE 650 7 15 70 190 750 6 19 84 220 810
7.5 110 440 1100 6.5 160 620 1500 5200
8 590 2300 7 1000 3600
PSI 8.5 2700
MR 6.5 4 19 5.5 3 17
7 11 34 150 6 3 14 41 160
DE 650 7.5 19 84 230 890 6.5 29 120 320 1100
8 120 470 1200 7 210 770 1900
8.5 560 2200 7.5 1100 4000
PSI 9 2400
(1) Momento resistente (2) Medida de fuerza (libras fuerza/ pulgada cuadrada)
74
Tabla XVI. TPDC permisible, carga por eje categoría 2. Pavimentos con juntas con agregado de trave
Concreto sin hombros o bordillo Concreto con hombros o bordillo
Espesor Espesor Soporte Sub rasante
Sub-
base Espesor Soporte Sub- rasante
Sub-
basede la
losa
de la
losa de losa
plg plg Bajo Medio Alto Muy alto Plg Bajo Medio Alto
Muy
alto
5 3 9 42
MR(1) 5.5 5 5.5 9 45 120 450
6 4 12 59 6 96 380 700 970
DE 650 6.5 9 43 120 490 6.5 650 1000 1400 2100
7 80 320 540 1200 7 1100 1900
7.5 490 1200 1500
PSI(2) 8 1300 1900
MR(1) 6 11 5 1 8
6.5 8 24 110 5.5 1 8 23 98
DE 650 7 15 70 190 750 6 19 84 220 810
7.5 110 440 1100 2100 6.5 160 520 1400 2100
8 590 1900 7 1000 1900
PSI(2) 8.5 1900
MR(1) 6.5 4 19 5.5 3 17
7 11 34 150 6 3 14 41 160
DE 650 7.5 19 84 230 890 6.5 29 120 320 1100
8 120 470 1200 7 210 770 1900
8.5 560 2200 7.5 1100
PSI(2) 9 2400
(1) Momento Resistente (2) Medida de fuerza (libras fuerza/ pulgada cuadrada)
75
Tabla XVII. TPDC permisible, carga por eje categoría 3. Pavimentos con juntas doveladas
Concreto sin hombros o bordillo Concreto con hombros o bordillo
Espesor de la losa Soporte
Sub- rasante
Sub-
base Espesor Soporte Sub- rasante Sub-base
en plg de la losa
Bajo Medio Alto Muy alto plg Bajo Medio Alto Muy alto
7.5 250 6.5 83 320
MR 8 130 350 1300 7 52 220 550 1900
DE 8.5 160 640 1600 6200 7.5 320 1200 2900 9800
650 9 700 2700 700 11500 8 1600 5700 13800
PSI 9.5 2700 1080 1500 8.5 6900 23700
10 3300 1900
6.5 67
8 73 310 7 120 440
MR 8.5 140 380 1500 7.5 270 680 2300
DE 9 160 640 1700 6200 8 370 1300 3200 1080
650 9.5 630 2500 6500 8.5 1600 5800 14100
PSI 10 2300 9300 9 6600
10.5 7700
7 82
8.5 70 300 7.5 130 480
MR 9 120 340 1300 8 67 270 670 2300
DE 9.5 120 520 1300 5100 8.5 330 1200 2900 9700
650 10 460 1900 4900 19100 9 1400 4900 11700
PSI 10.5 1600 6500 17400 9.5 5100 18600
11 4900
76
Tabla XVIII. TPDC permisible, carga por eje categoría 3. Pavimentos con juntas con agregado de trave
Concreto sin hombros o bordillo Concreto con hombros o bordillo
Espesor de la losa Soporte
Sub- rasante Sub-base Espesor Soporte Sub- rasante Sub-base
en plg de la losa
Bajo Medio Alto Muy alto plg Bajo Medio Alto Muy alto
7 220 510 750
7.5 60 250 7.5 320 640 890 1400
8 130 350 830 8 610 1100 1500 2500
8.5 160 640 900 1300 8.5 950 1800 2700 4700
MR 9 680 1000 1300 2000 9 1500 2900 4600 8700
DE 9.5 960 1500 2000 2900 9.5 2300 4700 8000
650 10 1300 2100 2800 4300 10 3500 7700
PSI 10.5 1800 2900 4000 6300 10.5 5300
11 2500 4000 5700 9200 11 8100
11.5 3300 5500 2900
12 4400 7500
8 23 310 7 120 140
8.5 410 380 1300 7.5 67 270 680 1400
MR 9 160 640 1300 2000 8 370 1100 1500 2500
DE 9.5 630 1500 2000 2900 8.5 950 1800 2700 4700
650 10 1300 2100 2800 4300 9 1500 2900 4600 8700
PSI 10.5 1800 2900 4000 6300 9.5 2600 4700 8000
11 2500 4000 5700 9200 10 3500 7700
11.5 3300 5500 7900 10.5 5300
12 4400 7500 11 8100
8 56 7 82
8.5 70 300 7.5 130 480
9 120 340 1300 8 67 270 470 2300
MR 9.5 120 520 1300 2900 8.5 330 1200 2700 4700
DE 10 460 1900 2800 4300 9 1400 2900 4600 8700
650 10.5 1600 2900 4000 6300 9.5 2300 4700 8000
PSI 11 2500 4000 5700 9200 10 3500 7700
11.5 3300 5500 7900 10.5 5300
12 4400 7500 11 8100
77
3.4.5. Diseño estructural
3.4.5.1. Resultados de los ensayos de laboratorio
Figura 6. Ensayo de límites de attemberg
Fuente: Centro de Investigaciones de Ingeniería
81
3.4.5.2. Análisis estructural
El suelo de la calle principal de La Salvadora 1 se clasifica como un limo
arcilloso color café. Por su C.B.R. bajo es considerado un suelo no apropiado
para sub rasante, por su bajo grado de C.B.R.
El resumen de los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio se
detalla a continuación:
Descripción: limo arcilloso color café
Límite líquido: 49.1%
Límite plástico: 34.2%
Índice plástico: 14.9%
Humedad óptima: 40.5%
C.B.R.: 89% al 100.23%
% de grava: 0.0
% de arena: 12.0
% de finos: 88.0
3.4.5.3. Estructura final del pavimento
C.B.R. 5.5 módulo de reacción del suelo a partir del C.B.R.
K = 140 lb/plg3
TDPC (tráfico promedio diario de camiones) 400
Se diseña para 20 años.
400*1.2= 480 con este dato se diseñará el pavimento para el tránsito
requerido
82
• Tomando en cuenta la cantidad de tráfico de la tabla IX se puede
decir que la categoría de la carretera será 2 de 700 a 5000.
• Según el tipo de suelo, de la tabla X se puede concluir que es un
suelo con soporte bajo.
• Tomando los valores de la tabla XI según el valor de la sub
rasante el espesor de base será = 9plg.
• De la tabla XV tomando un concreto de resistencia = 650 psi una
y un tráfico de 480 el espesor de losa con hombros de concreto o
bordillos es de 7plg.
• La pista será de concreto con una losa de 7 plg. de espesor y una
base de 9 plg.
3.5. Estudio de impacto ambiental
La pavimentación de una calle casi siempre es un daño para el medio
ambiente pero en este caso no lo es, ya que actualmente La Salvadora 1
padece de muchos problemas a causa del estado de la calle principal ya que
aunque se encuentren en época de verano o de invierno ésta causa problemas
al medio ambiente en general por lo que al realizarse este proyecto se estaría
beneficiando un ecosistema importante para el municipio.
83
3.6. Elaboración de planos finales
El siguiente paso, luego de la topografía, es la elaboración de planos
topográficos para tener una visión más clara del terreno, y poder diseñar en
oficina si tener que estar en el lugar del proyecto a toda hora.
Los planos se realizaron con la ayuda de AUTOCAD y en base a la
libreta topográfica que la municipalidad de Santa Catarina Pinula otorgó para
diseñar el proyecto. Cada plano se corroboró con las visitas que se hicieron al
lugar para que los planos y los cálculos fueran con la mayor exactitud posible.
La cantidad de planos realizados fue tomada en base a proyectos entregados
con anterioridad por la municipalidad a instituciones guverrnamentales y con los
requerimientos que el INFOM solicita.
3.7. Obras de protección
Es la aplicación de técnicas para mantener el pavimento en buenas
condiciones y así garantizar la vida útil para la cuál fue diseñado.
La responsabilidad de mantenimiento y operación del pavimento será
compartida entre la municipalidad de Santa Catarina Pinula y el comité de
vecinos de la Salvadora 1.
84
El tiempo recomendado para inspeccionar el estado de la calle debe ser
en espacios no mayores a seis meses ya que el mismo no requiere un
mantenimiento demasiado seguido aunque el propósito sea el paso de
vehículos sobre el mismo desgastándolo en un porcentaje mínimo.
Las obras de protección que se utilizaron para el diseño del proyecto
fueron:
• Bordillos
• Cunetas
• Juntas
• Porcentaje de bombeo
3.8. Presupuesto
La cuantificación de materiales y mano de obra para los trabajos de
pavimentación de la calle principal de La Salvadora 1 se realizó de acuerdo con
los valores que se manejan en el municipio de Santa Catarina Pinula :
Al ser la municipalidad un ente semi estatal se nos recomendó cotizar los
precios de materiales como mínimo tres lugares distintos para así evitar
posibles sospechas de soborno de parte de los distribuidores y para asegurar
que el presupuesto sea el más bajo posible.
85
El presupuesto de la calle principal de la Salvadora 1 se realizó siguiendo
los siguientes renglones.
• El corte del terreno se calculó en metros cúbicos.
• El reacondicionamiento de sub base se calculó en metros cuadrados
y el material es encontrado cerca del lugar.
• El concreto de fundición se calculó por metro cúbico.
• Los materiales serán locales.
• La cualificación de mano de obra se realizó por metro lineal y metro
cuadrado.
• Los salarios de la mano de obra se tomaron con base a los que se
manejan en la comunidad.
• El tipo de cambio utilizado fue de ocho quetzales con diez centavos
por un dólar.
86
Tabla XlX. Presupuesto pavimentación en quetzales
Tabla XX. Resumen de presupuesto pavimentación en dólares
Tipo de cambio: un dólar por ocho quetzales con diez centavos
87
4. RIESGO Y VULNERABILIDAD DE PROYECTOS
4.1. Riesgo de los proyectos
4.1.1. Concepto
La evaluación del peligro de esta zona o región es esencial para estimar
la vulnerabilidad y los daños posibles de los componentes en riesgo, tomando
en cuenta que la geología representa un factor primordial en la estabilidad de
un talud y que existen otros factores que ilustran el potencial del deslizamiento
de taludes.
En el ámbito regional, la geología controla los aspectos genéricos del
relieve y la topografía de un área, lo cual permite estimar su susceptibilidad al
movimiento. En general, los deslizamientos pueden ocurrir en cualquier tipo de
relieve si las condiciones están dadas. Sin embargo, la experiencia de trabajar
y observar distintos tipos de terreno ha demostrado que los deslizamientos son
más comunes en ciertos tipos de geografía y menos comunes en otros. Las
zonas inicialmente estables pueden volverse inestables con la construcción de
infraestructura, la deforestación u otras razones.
La mayoría de impactos en la infraestructura del sistema de alcantarillado
y de los pavimentos en lugares susceptibles a inundaciones se deben a los
excedentes de lluvias que se extienden por largos períodos del invierno.
88
Los más importantes son los siguientes:
• Hinchamiento del pavimento
• Deslizamiento de las capas
• Derrumbes
• Taponamiento de colectores por residuos sólidos
• Daño en los elementos del sistema por recarga de acuíferos
• Arrastre de tubería y cámaras debido al empuje de aguas
subterráneas
• Rebosamiento y arrastre de letrinas y de pozos sépticos
• Desbordamiento de lagunas de estabilización
Desde luego, el colapso de los elementos del sistema (letrinas, pozos
sépticos, colectores de aguas negras, lagunas de oxidación, etcétera) tiene
efectos sobre la salud al producir nuevas amenazas, como la generación de
focos de contaminación. Igual situación ocurre con la red de alcantarillado para
el drenaje de las aguas pluviales. En algunos casos se detectan intercambios
entre los sistemas de drenaje y los de alcantarillado sanitario, lo que origina una
contaminación incontrolada. La obstrucción de la infraestructura por las
inundaciones, el taponamiento por sedimentos, etcétera, hacen colapsar varios
sistemas y producen anegamientos que afectan sectores de las poblaciones
involucradas.
Otros efectos de los desastres naturales se aprecian en la tabla XXI que a
continuación se presenta:
90
4.1.2. Riesgo de contaminación del agua en las redes de agua potable
Existe riego de contaminación en el agua potable cuando se rompen
simultáneamente las tuberías de las redes de agua potable y las de
alcantarillado sanitario, porque es posible que algo de las aguas servidas se
mezcle o penetre a la red de agua potable. Ello se debe a que usualmente las
tuberías de agua potable y alcantarillado sanitario se construyen en forma
paralela, por las mismas calles y a pocos metros entre sus ejes.
Así, puede haber roturas cercanas en ambas tuberías que posibiliten la
entrada de aguas servidas a la red de agua potable, especialmente si es
considerable el volumen de aguas servidas vertidas al terreno.
En algunas oportunidades existen aguas subterráneas superficiales que
cubren las redes de agua potable y de alcantarillado. Si el sismo produce
roturas y fugas en la red de alcantarillado, se contaminará la capa freática.
Por su parte, esa capa superficial puede contaminar el agua potable de la red a
través de roturas en la misma o por infiltración hacia la red de agua potable por
juntas no herméticas si en esa red se producen presiones negativas.
Todas las infraestructuras son proyectadas tomando en consideración
las amenazas naturales de tipo geológico, meteorológico y características del
área en el cual se encuentra ubicado el sistema.
Muchos de los problemas relativos a los sistemas se deben a fenómenos
naturales que no se consideraron en la etapa de concepción, diseño,
construcción y operación del sistema. Por esta razón, es de gran importancia
para evaluar la vulnerabilidad de los sistemas existentes y por construir.
91
Los planes de emergencia se fundamentan en el mejor conocimiento
posible de la vulnerabilidad del sistema, en cuanto a las deficiencias en la
capacidad de prestación de servicios u operatividad, debilidades físicas de los
componentes ante las solicitaciones externas y debilidades de organización
ante las eventuales emergencias que se puedan ocasionar.
De una manera general, a la identificación y cuantificación de estas
debilidades se le denomina Análisis de Vulnerabilidad, y es el proceso mediante
el cual se determina el comportamiento esperado del sistema y sus
componentes, para resistir en forma adecuada los efectos debidos a un
desastre. Se identifican también las fortalezas del sistema y de su organización,
por ejemplo, el personal con experiencia en operación, mantenimiento, diseño
y construcción, para atender emergencias.
4.1.3. Amenazas naturales
Las amenazas naturales son de tipo geológico o de tipo meteorológico.
En esta región las principales amenazas son de tipo geológico (sismos,
erupciones volcánicas) y muy remotamente de tipo meteorológico (huracanes,
marejadas, ciclones tropicales, vientos fuertes, otras tormentas severas,
tornados, inundaciones), y otras, como incendios forestales y las humaredas
resultantes, sequías e infestaciones.
Las amenazas pueden estar interrelacionadas y sus efectos,
magnificados. Por ejemplo, los vientos huracanados provocan lluvias intensas,
las cuales pueden ocasionar inundaciones; asimismo los sismos provocan
deslizamientos, los cuales pueden ocasionar refregamiento de ríos e
inundaciones progresivas y la rotura de las represas, que causan inundaciones
turbulentas y crecidas.
92
El fin primordial es conocer la vulnerabilidad del alcantarillado sanitario y
sus componentes, en los aspectos físico, operativo, administrativo y
organizativo, ya que el funcionamiento ideal de este sistema depende tanto del
diseño y de la calidad de los componentes físicos, como de la forma en que es
operada, teniendo una constante supervisión, un mantenimiento apropiado y
una buena administración en la que se aprovechen al máximo los recursos, a
manera de cubrir en forma organizada la mayor parte de la población.
El impacto de las amenazas es directo con los componentes físicos del
sistema e indirecto con los aspectos organizativos, administrativos y capacidad
de operación. Es directo con los componentes físicos, ya que están expuestos
a cualquier amenaza natural y es indirecto, porque la capacidad de operación
se ve reducida. Si no se cuenta con los suficientes recursos, deberá solicitarse
algún tipo de ayuda externa para llevar a cabo la reparación.
En lo que respecta a sismos y huracanes, se utilizan datos estadísticos
para dar a conocer la tolerancia al riesgo, tomando, para el efecto, medidas de
alto valor técnico para reducir dicho riesgo.
4.1.3.1. Desastre natural
Un desastre natural sucede cuando la ocurrencia de un fenómeno natural
afecta a un sistema vulnerable. Los fenómenos naturales en sí no provocan
necesariamente desastres. Es sólo su interacción con el sistema y su entorno lo
que genera impactos que pueden llegar a tener dimensiones catastróficas,
dependiendo de la vulnerabilidad de la zona.
93
Aunque el mundo siempre ha estado expuesto a los desastres naturales,
sus efectos se están volviendo cada vez más severos.
Esta tendencia mundial está directamente vinculada a otros fenómenos,
como la creciente pobreza, el mayor crecimiento demográfico, el deterioro
ambiental y el cambio climático. Puesto que la vulnerabilidad a los desastres es
el resultado de las acciones humanas, es posible modificarlas para reducir la
vulnerabilidad y, con ella, las pérdidas humanas y materiales.
Según su magnitud, los terremotos pueden producir fallas en las rocas y
en el subsuelo, hundimientos de la superficie del terreno, derrumbes,
deslizamientos de tierras y avalanchas de lodo; pueden asimismo reblandecer
los suelos saturados (debido a la vibración); reducen la capacidad de
sustentación de fenómenos combinados con la ondulación del suelo; producen
destrucción y otros daños directos en cualquier parte de los sistemas de
abastecimiento de agua, ubicados dentro del área afectada por el sismo.
Entre los principales efectos producidos por los terremotos se puede mencionar:
• Destrucción parcial o total de estructuras recolectoras, tratamiento, etc.
• Ruptura de las tuberías, además de daños en las uniones, con la
consiguiente filtración de aguas negras al suelo
• Interrupción de la corriente eléctrica, de las comunicaciones y de las
vías de acceso
94
4.1.4. Daños producidos por terremotos
El sismo actúa con fuerzas de inercia sobre las construcciones que se
levantan sobre el nivel del suelo; en cambio las estructuras enterradas
(tuberías) se mueven con el suelo y experimentan deformaciones que pueden
provocar daños en sus componentes; para las estructuras aéreas se dan
deformaciones sin llegar a la ruptura, gracias a las juntas flexibles y los
tensores. Los terremotos ocasionan daños en las tuberías y/o en sus uniones
rígidas; esto implica que se pueden esperar menores daños en las tuberías
relativamente más flexibles como el PVC, y mayores en las tuberías rígidas,
como las de mortero comprimido, hormigón, hierro fundido, asbesto y cemento,
especialmente si tienen uniones rígidas.
Los daños en las tuberías de agua potable y drenaje sanitario producen,
por lo común, afloramiento de agua en zonas cercanas a las roturas de tubos o
uniones; para determinar su magnitud y alcance y poder hacer las reparaciones
habrá que excavar y poner al descubierto las tuberías rotas.
Sin embargo, es posible que la alta permeabilidad del suelo en que se
produjeron las roturas o la presión baja del agua oculte zonas de roturas que tal
vez se podrían detectar posteriormente.
95
4.2. Vulnerabilidad de los proyectos
4.2.1. Concepto de vulnerabilidad Se entiende por vulnerabilidad, la susceptibilidad a la pérdida de un
elemento o conjunto de elementos como resultado de la ocurrencia de un
desastre. Indica el grado en que un sistema está expuesto o protegido de las
amenazas naturales. Esto depende del estado de los asentamientos humanos y
su infraestructura, la manera en que la administración pública y las políticas
manejan la gestión del riesgo, y el nivel de información y educación de que
dispone una sociedad sobre los riesgos existentes y cómo debe enfrentarlos.
Esta definición es lo suficientemente amplia para que se aplique tanto a
aspectos físicos, como operativos y administrativos. No obstante, el
reconocimiento de las incertidumbres asociadas a la cuantificación de la
vulnerabilidad física ha hecho que ésta sea expresada como la probabilidad de
que ocurra un determinado fenómeno natural o antrópico.
La selección o caracterización del fenómeno depende del problema y es
finalmente una decisión del analista. En este caso, por ejemplo, puede ser una
aceleración del terreno, una viscosidad del viento, el caudal de un río provocado
por un huracán.
96
El análisis de las estadísticas disponibles sobre las amenazas y sus
consecuencias conduce a establecer una marcada diferencia entre dos grupos
de problemas. El primero es la peligrosidad e intensidad de las acciones
esperadas; y elsegundo, la vulnerabilidad de las obras hechas por el hombre
para soportar, con daños tolerables, tales acciones.
4.2.2. Cualificación de la vulnerabilidad
La vulnerabilidad de un determinado componente o sistema, se expresa
como la probabilidad de alcanzar un determinado estado, dado que ocurra Ai,
se expresa como:
P(Ej/Ai)
Los estados Ej son previamente definidos a conveniencia y descritos en
forma explícita. En lo que se refiere a daños y operatividad de equipos es
frecuente adoptar los cuatro estados de daño siguientes:
E1 = no daños
E2 = daños leves; equipo operativo
E3 = daños reparables; equipo no operativo
E4 = daños graves o ruina; equipo fuera de servicio
Sea:
P = Probabilidad
Ej = Sistema
Ai = Amenaza
97
Debe realizarse un estudio de análisis de vulnerabilidad en aquellas
instalaciones y obras de infraestructura cuyo mal funcionamiento o ruina
(debido a los efectos de los desastres considerados) pueda generar situaciones
de emergencia o demandas que excedan la capacidad de atención.
4.2.3. Estimación de la vulnerabilidad
En diversos trabajos, la vulnerabilidad de sistemas de tuberías a las acciones sísmicas ase expresa por el número esperado de fallas por kilómetro de longitud. Tomando en consideración las estadísticas disponibles, resulta ventajoso emplear como referencia el número de fallas por sismo en tuberías de PVC, para diferentes grados de la Intensidad de Mercalli.
4.2.4. Identificación de la vulnerabilidad
El análisis de los sistemas de agua y alcantarillado es realizado por un
equipo de profesionales expertos en la evaluación de peligros naturales, salud
ambiental e ingeniería civil, en conjunto con el personal de la empresa de
servicio de agua encargado del funcionamiento y mantenimiento del mismo. Ese
equipo centra su atención en el funcionamiento y mantenimiento, la
administración y los impactos potenciales sobre el servicio, tal como se señala a
continuación.
98
4.2.5. Vulnerabilidad administrativa
Con el fin de tratar de manera integral los problemas que afectan a los
aspectos administrativos / funcionales se recomienda analizar los aspectos que
tengan relación en la administración de los sistemas (vulnerabilidad
administrativa) por separado de aquellos que tengan referencia con los
aspectos operativos de los mismos (vulnerabilidad operativa).
El Departamento de Servicios Públicos de la municipalidad, que es la
sección encargada de supervisar el funcionamiento del sistema de agua potable
y drenajes sanitarios, y el coordinador de la oficina municipal de Planificación,
que se encarga de la operación directa del sistema, están alertas
constantemente respecto de cada una de las situaciones que se pudieran
suscitar en torno a alguna falla o desperfecto que ocasione la suspensión del
servicio. Su función radica principalmente en corregir fallas menores, tales
como la reparación del equipo y la infraestructura física. Toda reparación
mayor o cambio en la distribución física debe ser estudiado y aprobado por el
Concejo Municipal.
Los principales factores de vulnerabilidad administrativa tienen relación
con el nivel de capacitación en los temas referentes a las amenazas naturales,
la capacidad del personal administrativo para desempeñar sus obligaciones y
con las debilidades de la organización institucional.
Algunos indicadores de vulnerabilidad administrativa son: falta de
capacitación del personal, altos porcentajes de morosidad de los usuarios en el
pago de cuotas, saldos contables negativos, ausencia de comunicación con los
usuarios, ausencia de fondos de capitalización y de herramientas para la
operación del sistema.
99
La coordinación interinstitucional es fundamental en la atención de
emergencias y desastres, porque si no hay coordinación, el resultado es un
caos que afectará a los clientes del sistema y a la capacidad de rehabilitación.
En el nivel de la organización institucional, las debilidades son: escasa o
nula comunicación entre los niveles organizacionales, ausencia de
coordinación, información, incumplimiento de responsabilidades e incertidumbre
en las competencias de las acciones.
El objetivo del estudio de la vulnerabilidad administrativa es identificar
las debilidades de la organización institucional y de la administración local que
impiden contar con una buena gestión para disponer de recursos humanos
capacitados, recursos materiales y económicos suficientes, así como de una
correcta organización del trabajo para el funcionamiento del sistema en
condiciones normales, la implementación de medidas de mitigación y la
respuesta oportuna en caso de impacto de un fenómeno natural.
La capacitación de las personas encargadas de la operación de la línea
de conducción es indispensable, ya que las fallas pueden ser de diferentes
índoles. Debido a un descontrol en la organización y designación del personal
capacitado para realizar dichas tareas, se ha incurrido en el atraso de la
realización de éstas, por la falta de información, asignación de más personal y
falta de transporte, pues la extensión a cubrir es muy grande. La falta de
fondos asignados para mejorar el servicio, también ha sido una causa muy
grande, por lo que los sistemas sufren fallas, y al no ser corregidas su deterioro
es indudable.
100
4.2.6. Vulnerabilidad operativa
Los principales factores de vulnerabilidad operativa tienen relación con la
cantidad, calidad y continuidad, las rutinas de operación, mantenimiento y la
capacitación del operador para el cumplimiento de sus funciones.
Algunos indicadores de vulnerabilidad operativa son la poca o ninguna
capacitación del operador, mal estado de equipos, herramientas, operación y
mantenimiento defectuoso, ausencia de registros de caudales, del monitoreo de
la calidad de agua, tratamientos defectuosos del agua.
El objetivo del estudio de la vulnerabilidad operativa es identificar las
debilidades que ocasionan deficiencias en la prestación del servicio en cuanto a
cantidad, continuidad y calidad del agua, por rutinas de operación de
mantenimiento y por capacidad del personal, durante la operación norma.
4.2.7. Vulnerabilidad física
Los factores de vulnerabilidad física tienen relación con las condiciones
desfavorables actuales de los componentes y del sistema en su conjunto, de
acuerdo a su ubicación en relación con las amenazas naturales; luego, la
vulnerabilidad física puede presentarse por condición y/o por ubicación.
Para identificar las condiciones favorables del estado actual se deben
inspeccionar los elementos, equipos y accesorios de cada componente y
señalar su estado, su conformidad con las normas de diseño, su utilidad dentro
del funcionamiento del sistema y su necesidad. Este proceso es el que permite
determinar los elementos y componentes deficientes para el funcionamiento
normal del sistema.
101
Para estimar los daños potenciales provocados por los fenómenos
naturales, se debe primero identificar las amenazas; se prioriza para comenzar
su análisis, con base en la recurrencia y magnitud de los efectos esperados.
Luego se cuantifican los efectos, se puede utilizar el parámetro denominado
factor de daño o cualquier otro procedimiento disponible, como la utilización de
los daños observados por el impacto de amenazas ocurridas en el pasado.
Llegar a valores numéricos de los efectos sólo se justifica cuando el riesgo del
sistema es muy alto.
La población guatemalteca es susceptible a sufrir daños a su salud
debido a que al ocurrir este tipo de catástrofes, existe el riesgo de
contaminación del agua, por lo que aumenta la tasa e incidencia de
enfermedades como la diarrea, el cólera, las infecciones respiratorias, las
enfermedades infecto-contagiosas, entre otras.
La vulnerabilidad física ante huracanes y sismos es evidente, porque los
componentes están expuestos directamente al medio, por lo que según sea la
intensidad del huracán o sismo, podrán sufrir daños graves o destrucción total.
Los daños esperados por el impacto de este tipo de amenazas, deben
ser tomados en cuenta en el momento en que ocurra otro siniestro; para ello se
toman las debilidades que provocan daños físicos en los sistemas en relación
con las siguientes amenazas:
• Por sismo: prácticamente todos los componentes de los sistemas
pueden sufrir las consecuencias directas del impacto de un sismo.
102
Las estructuras de concreto sufren, en mayor o menor grado,
agrietamientos y fallas estructurales que las inutilizan; las cajas,
pozos de visita, planta de tratamiento, fallan en las uniones rígidas
del concreto con las tuberías; las tuberías rígidas fallan en cortante
y las de juntas flexibles se desacoplan.
• Por huracanes: para los componentes ubicados en pasos
expuestos en los cauces de los ríos, quebradas y terrazas
inundables existe el riesgo de rotura de tuberías debido a
correntadas, rotura y daños de las tapas en los tanques o pozos
de visita, y falla de estructuras por asentamientos del terreno por
inundaciones.
4.2.7.1. Capacidad de respuesta del gobierno local
En el ámbito de gobierno municipal, en caso de bienes y servicios para
reparar, rehabilitar, reconstruir y remplazar elementos de infraestructura por la
ocurrencia de un fenómeno natural, se recurre a maquinaria y empleados de
instituciones públicas o empresas privadas locales. Sin embargo se considera
que, como en el caso de infraestructura vial, las autoridades no se restringen a
mencionar aquellos elementos que sólo pueden ser suministrados a nivel del
gobierno central.
El municipio de Santa Catarina Pinula cuenta con personal técnico
capacitado, maquinaria y materiales para llevar adelante las tareas de
reparación, rehabilitación, reconstrucción y reemplazo de componentes
esenciales de la red de alcantarillado; y requiere, en cambio, ayuda financiera
externa cuando las tareas son de gran magnitud.
103
4.2.7.2. Importancia de la concienciación y preparación para emergencias a nivel local
La vulnerabilidad no solamente representa un asunto geográfico; también
es causada por la falta de preparación de los individuos para reaccionar cuando
algo anormal está sucediendo.
Es muy probable que aquellas comunidades que sí están conscientes de
los peligros, y que saben cómo responder ante los mismos, sufran menos
pérdidas humanas y daños a la propiedad. La coordinación más efectiva de los
servicios de respuesta también contribuye a reducir la vulnerabilidad es decir, el
mejoramiento en la preparación de los especialistas. Todo esto es obvio, pero no
siempre se refleja en la realidad. Todas las personas relacionadas con las
respuestas de emergencias deben obedecer a una sola orden, guiarse por
procedimientos comunes y mantener una comunicación transparente.
Las acciones de respuesta deben practicarse de vez en cuando para
confirmar que funcionarán en la práctica y no solamente cuando están
plasmadas en el papel.
4.3. Medidas de mitigación de los proyectos
4.3.1. Concepto
La reducción de desastres es la suma de todas las acciones que pueden
aplicarse para reducir la vulnerabilidad de un sistema a las amenazas naturales.
104
Estas soluciones incluyen el correcto ordenamiento territorial, con el
desarrollo de mapas de riesgo, para asegurar que la gente se asiente donde es
seguro; así como la adopción de códigos de construcción apropiados y técnicas
de ingeniería que respondan a evaluaciones locales de riesgo.
Algunas de las medidas a tomar para reducir la vulnerabilidad son realizar
obras para mitigar los impactos de los fenómenos naturales a la infraestructura y
servicios básicos; planes de contingencia por medio de mapas de vulnerabilidad
y planes de contingencia específicos del sector o los planes generales de
instituciones a cargo del manejo integral de emergencias.
Como medida para la reducción de desastres, en otros lugares, debido a
la carencia de información acerca de las zonas vulnerables, al inicio de la época
de invierno se mantiene un sistema de alerta mediante inspecciones y equipos
para tener presencia en las zonas afectadas en menos de una hora.
Gracias a un mapa de vulnerabilidad se podrían economizar recursos
para responder a emergencias. Asimismo, es necesario elaborar un estudio
profundo de las necesidades y prioridades de obras de ingeniería necesarias
para reducir la vulnerabilidad de los servicios básicos y las carreteras.
La posibilidad de ofrecer y recibir asistencia técnica en materia de
reducción de vulnerabilidad también corresponde a una medida fundamental.
Es necesario subrayar la importancia de contar con perfiles de
vulnerabilidad de infraestructura y servicios básicos de otros lugares que
cuenten con las características semejantes a la de lugar en cuestión.
105
4.3.2. Mitigación de los efectos de los desastres naturales
Los sistemas de alcantarillado de las áreas urbanas y rurales son
especialmente vulnerables a los peligros naturales. Estos sistemas son extensos
y pueden hallarse en mal estado. Cuando el agua potable se contamina como
resultado de un desastre o colapso en el sistema de alcantarillado, el riesgo de
que la población contraiga enfermedades aumenta y la higiene se deteriora
rápidamente. A menudo, resulta difícil valorar las consecuencias indirectas para
la salud y el costo de la reparación del sistema es, en general, muy elevado.
Las autoridades encargadas del funcionamiento y mantenimiento de los
sistemas de alcantarillado deben contar con estrategias para reducir la
vulnerabilidad de estos sistemas a los desastres naturales y con procedimientos
para restablecer rápida y eficazmente el servicio en tales casos. Al igual que
para los establecimientos de salud, el análisis de vulnerabilidad es el primer
paso para identificar y cuantificar el impacto potencial de los desastres sobre el
rendimiento y los componentes del sistema.
El proceso es complicado porque los sistemas de alcantarillado se
extienden a lo largo de zonas muy amplias, están compuestos por una variedad
de materiales y expuestos a diversos tipos de desastres, tales como aludes,
inundaciones, vientos fuertes, erupciones volcánicas o terremotos.
106
CONCLUSIONES
1. Todo proyecto a realizar para las comunidades de Santa Catarina Pinula
es de gran ayuda, ya que se contribuye al desarrollo particular de los
individuos que habitan estos sectores otorgándoles una fuente de trabajo
y solucionándoles problemas sociales.
2. En los proyectos realizados el tiempo de vida útil podría variar ya que los
mismos pueden llegar a ser afectados por algún desastre natural o algún
accidente causado por el hombre y disminuir con estos el funcionamiento
del mismo y por consiguiente causar problemas a los usuarios.
3. La realización de estos proyectos disminuye en un porcentaje los niveles
de enfermedad ya que al conducir las aguas negras para ser tratadas se
elimina el problema de contaminación que se causa por el empozamiento
en las calles de las mismas; en el pavimento no se daría el problema de
la nube de polvo que se forma en la actualidad la cual, causa daños
respiratorios.
4. El Ejercicio Profesional Supervisado es de gran ayuda para el desarrollo
integral de un profesional en la ingeniería ya que se pone en práctica los
conocimientos adquiridos y además se toma un poco experiencia laboral.
107
RECOMENDACIONES
1. Establecer criterios para priorizar la ejecución y el diseño de este tipo de
proyectos que ayuden a las comunidades y colonias a desarrollarse
económica, social y culturalmente.
2. Tomar en cuenta las normas de ejecución del proyecto con el fin de que
estos y otros proyectos cumplan con la vida útil para la cual fueron
diseñados.
3. Educar a las personas que hacen uso de los servicios municipales para
evitar que las mismas destruyan las obras que son de beneficio para
toda la comunidad y personas ajenas a la misma en caso del
pavimento.
4. Brindar un mantenimiento periódico adecuado para lograr con ello que
los proyectos realizados cumplan su vida útil en perfectas condiciones y
puedan ser reemplazados o que sigan brindando el servicio por algún
tiempo más mientras son reemplazados.
108
BIBLIOGRAFÍA
1. American Association of State Highway and Transportation officials.
AASHTO Guide for Design of Pavement Structures Washington D.C. 1986.
2. Cal y Maynor, Rafael I.C.I.T. Ingeniería de Tránsito. Representaciones y Servicios de Ingeniería S.A, 4ta. Edición. Editorial Limusa, 1990. 150pp.
3. Collins H. john y C.A. Hart Ingeniería de carreteras. Traducción
del ingles por Juan de Arespacochaga, Felipe Aguilar, S.A. de ediciones. Madrid S.F. 220pp.
4. Carrera Rípiele, Ricardo Antonio. Apuntes de Ingeniería Sanitaria 2.
Tesis de Ingeniería Civil. Guatemala, universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería, 1989. 135 pp.
5. Especificaciones generales para la construcción de carreteras y
puentes. Guatemala: Dirección General de Caminos Ministerio de Comunicaciones, Infraestructura y Vivienda, Diciembre de 2000. 361pp.
6. Instituto Nacional de Estadística (INE). XI Censo de población y VI de
habitación, Guatemala: s.e. 2002.
7. Jorge Mynor Hernández Monzón. Tesis de Graduación Consideraciones generales para el Diseño de los diferentes tipos de Pavimentos. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos, 1997. 150pp
8. Mario Rene Echeverría Guevara Procedimientos para la estimación de
producción en trabajos de terracería. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería, 1980. 100pp.
110
Cálculo de un ramal De pozo P-2 A a pozo P-2 Cota pozo P-2 A =99.6 Cota pozo P-2 =99.33 Distancia horizontal =24.60 Pendiente
Número de casas =8 Acumulado =8 Habitantes a servir actual =48 Habitantes a servir futuro
Factor de Hardmond
Factor de Hardmond futuro
Factor de caudal medio =0.035 tomado del INFOM Caudal de diseño
Caudal de diseño futuro
Diámetro propuesto 6 pulgadas Pendiente de tubo propuesta 2%
%09.160.24
33.9960.993=
−=S
( ) 23004.0148.40=+=futuroHab
32.4
1000484
10004818
. =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=FH
2.4
10002304
100023018
. =
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=FH
725.0035.0*3.4*48 ==Qdis
327.3035.0*2.4*230 ==Qdis
111
Velocidad a sección
Caudal sección llena
Relación q/Q actual =0.025 Relación q/Q futura = 0.114 Relación v/V actual =0.42 Relación v/V futura =0.659 Velocidad actual
Velocidad futura
Relación d/D actual =0.1075 Relación d/D futuro =0.225 Profundidad de pozo inicio propuesta =1.20 Cota invert de inicio
Cota invert final
Profundidad de pozo final
Volumen de excavación
( ) 60.1
1001.0
%2*6*03429.0sec.3/2
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
=ciónllenaVel
( )( ) 21.291000*6*10*04.5*6.1.sec 24 ==llenaQ
( ) 673.042.0*6.1 ==Velocidad
( ) 055.1659.0*6.1 ==Velocidad
40.982.160.99 =−=CII
908.97100
6.24*%240.98 =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−=CIF
( ) 422.1908.9733.99 =−=PPF
35.196.0*60.24*2
422.120.1.. =⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=exVol