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.

31

Tabla IV. Presupuesto drenaje en quetzales

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

78

Figura 7. Ensayo de proctor

Fuente: Centro de Investigaciones de Ingeniería

79

Figura 8. Ensayo de CBR

Fuente: Centro de Investigaciones de Ingeniería

80

Figura 9. Ensayo granulométrico

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:

89

Tabla XXI. Efecto de los desastres naturales

Tabla XXIl. Calificación de destrozo

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.

109

ANEXOS

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

112

Tabla XXlll. Cálculo drenaje sanitario sector La Laguneta Aldea Don Justo

113

Figura 10. Planta general drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don Justo

114

Figura 11. Planta perfil eje 1 drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don Justo

115

Figura 12. Detalles drenaje sanitario sector la Laguneta aldea Don Justo

116

Figura 13. Planta general pavimentación calle principal la Salvadora 1