Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO, DRENAJE PLUVIAL Y PAVIMENTACIÓN DE LA COLONIA VISTA AZUL-EL RANCHITO, ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN, MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA, GUATEMALA JULIO DAVID GUERRA QUIJADA ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA Guatemala, noviembre de 2005
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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO, DRENAJE PLUVIAL Y PAVIMENTACIÓN DE LA COLONIA VISTA AZUL-EL RANCHITO, ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN, MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA,
GUATEMALA
JULIO DAVID GUERRA QUIJADA
ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
Guatemala, noviembre de 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO, DRENAJE PLUVIAL Y PAVIMENTACIÓN DE LA COLONIA VISTA AZUL-EL RANCHITO, ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN, MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA,
GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
JULIO DAVID GUERRA QUIJADA
ASESORADO POR: ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, NOVIEMBRE DE 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I
VOCAL II Lic. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Br. Kenneth Isuur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIA Ing. Marcia Ivonne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
EXAMINADOR Ing. Oswaldo Romeo Escobar Álvarez
EXAMINADOR Ing. Ángel Roberto Sic García
EXAMINADOR Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
SECRETARIA Ing. Marcia Ivonne Véliz Vargas
HONORABLE COMITÉ 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 DE DRENAJE SANITARIO, DRENAJE PLUVIAL Y PAVIMENTACIÓN DE LA COLONIA VISTA AZUL-EL RANCHITO, ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN, MUNICIPIO DE SANTA CATARINA PINULA,
GUATEMALA,
tema que me fue asignado por la Dirección de Escuela de Ingeniería Civil, con
fecha 26 de julio de 2005
Julio David Guerra Quijada
DEDICATORIA A:
Dios, Porque Él es único digno de toda gloria y todos
mis logros son porque me da fuerzas para
triunfar.
Mis padres, Julio David y Lolita, porque son el apoyo que yo
siempre necesito para seguir adelante y este
logro es de ellos mas que mío y no hubiera sido
posible sin su gran amor.
Mis hermanos, Oscar Augusto, Pablo Josué y Lolly Anahí,
porque son lo que me inspira a ser cada día
mejor.
Marielos Padilla, Porque ha creído en mi y me ha apoyado
siempre en todo lo que yo emprendo. Te amo
mucho y gracias por estar a mi lado.
Mis abuelos, Oscar Augusto, Chilita y Engracita, por su cariño
y comprensión en todo momento. Engracita,
gracias siempre por tus oraciones.
AGRADECIMIENTOS A:
La Universidad de San Carlos. La Facultad de Ingeniería. Ingeniero Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta, Por su paciencia y colaboración en
toda la elaboración de este trabajo.
Ingeniero Emilio López, Por su apoyo y oraciones.
Personal de Constructora Guerra, Por su colaboración y amistad.
La municipalidad de Santa Catarina Pinula, En especial al Ingeniero Antonio
Vásquez, Ingeniero Antonio Suruy y
Mónica Pinto.
Mi tío Ingeniero Oscar Augusto Guerra, Por abrirme las puertas de su
empresa incondicionalmente.
ÍNIDICE GENERAL ÍNDICE DE TABLAS E ILUSTRACIONES V LISTADO DE SÍMBOLOS VI GLOSARIO IX RESUMEN XIII OBJETIVOS XV RESULTADOS ESPERADOS XVII INTRODUCCIÓN XIX 1. MONOGRAFÍA 1
1. Descripción del lugar 1
1.1. Ubicación geográfica 1
1.2. Límites y colindancias de la aldea El Carmen 1
1.3. Clima 2
1.4. Vías de acceso 2
1.5. Actividades socioeconómicas 2
1.6. Suelo 3
1.6.1. Suelos de la altiplanicie central 3
1.6.2. Clases misceláneas de terreno 3
1.6.2.1. Descripción de las áreas fragosas 4
1.6.3. Descripción de suelos de guatemala 4
1.6.3.1. Suelo de Guatemala (franco arcilloso) 5
1.6.4. Variaciones del suelo 6
1.7. Servicios públicos e infraestructura existente 7
1.7.1. Salud 7
1.7.1.1. Agua potable 7
1.7.1.2. Drenajes 7
1.7.1.3. Basura 7
1.7.2. Centros asistenciales 7
2. EVALUACIÓN DE MERCADO 9 2.1. Cantidad de Usuarios 9
2.2. Evaluación del Lugar 9
2.3. Tiempo del proyecto 9
I
2.4. Costo 9
2.5. Instrumento para el Estudio de Mercado 10
2.6. Evaluación de Resultados 10
3. DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO 11 3.1. Levantamiento topográfico 11
3.2. Descripción del proyecto 11
3.3. Período de diseño 12
3.4. Población futura 12
3.5. Factor de Hardmon 13
3.5.1. Fórmula 13
3.6. Velocidad de diseño 14
3.6.1. Velocidad de arrastre 14
3.7. Relaciones q/Q, d/D, V/V 15
3.8. Cotas Invert 17
3.9. Pozos de visita 18
3.10. Conexiones domiciliares 19
3.11. Elaboración de planos finales 22
3.12. Presupuesto 22
3.13. Obras de protección 25
4. DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL 27 4.1. Sistema de drenaje de agua pluvial 27
4.2. Método racional 28
4.2.1. Tiempo de concentración 29
4.2.2. Coeficiente de escorrentía 31
4.2.3. Intensidad de la precipitación 33
4.3. Desarrollo para el cálculo de alcantarillado 35
5. DISEÑO DE PAVIMENTACIÓN 37 5.1. Descripción del proyecto 37
5.1.1. Alcances del proyecto 37
5.1.2. Levantamiento topográfico 37
5.1.3. Planimetría y altimetría 37
II
5.2. Estudio de suelos 39
5.2.1. Ensayos de laboratorio 39
5.3. Análisis de resultados 41
5.4. Diseño del pavimento 42
5.4.1. Pavimento rígido 42
5.4.2. Componentes estructurales del pavimento 42
5.4.2.1. Capa de rodadura 42
5.4.2.2. Base 43
5.4.2.3. Sub – Rasante 43
5.4.2.4. Bombeo 43
5.4.3. Parámetros de diseño 44
5.4.3.1. Período de diseño 45
5.4.3.2. Diseño de la base 45
5.5.3.3. Diseño de espesor del pavimento 46
5.5.3.4. Estructura final del pavimento 49
5.5.3.5. Diseño de mezcla de concreto 49
5.5.3.6. Conformación y curado del pavimento 52
5.5.3.6.1. Curador de concreto 53
5.6. Estudio de impacto ambiental 53
5.7. Elaboración de planos finales 53
5.8. Obras de protección 53
5.9. Presupuesto 54
6. RIESGO Y VULNERABILIDAD DE PROYECTOS 57 6.1. Evaluación de Impacto Ambiental 57
6.1.1. Concepto 57
6.1.2. Riesgo de contaminación del agua en las redes de agua 58
6.1.3. Amenazas naturales 60
6.1.3.1. Desastre natural 61
6.1.4. Daños producidos por terremotos 62
6.2. Vulnerabilidad de los proyectos 63
6.2.1. Concepto de vulnerabilidad 63
III
6.2.2. Calificación de la vulnerabilidad 63
6.2.3. Estimación de la vulnerabilidad 64
6.2.4. Identificación de la vulnerabilidad 65
6.2.5. Vulnerabilidad administrativa 65
6.2.6. Vulnerabilidad operativa 67
6.2.7. Vulnerabilidad física 67
6.2.7.1. Capacidad de respuesta del gobierno local 69
6.2.7.2. Importancia de la concienciación y preparación
para emergencias a nivel local 70
6.3. Medidas de mitigación de los proyectos 70
6.3.1. Concepto 70
6.3.2. Mitigación de los efectos de los desastres naturales 72
CONCLUSIONES 73 RECOMENDACIONES 75 ANEXOS 77
IV
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
TABLAS
I. Presupuesto drenaje sanitario en quetzales 23
II. Presupuesto drenaje sanitario en quetzales 24
III. Tipo de Superficie y factor “C” 33
IV. Presupuesto drenaje pluvial en quetzales. 36
V. Presupuesto drenaje pluvial en dólares. 36
VI. Resistencia del suelo 40
VII. Tipos de suelos de la sub-rasante y valores
aproximados de “k” 41
VIII. Categorías de tránsito en función de cargas 45
IX. Relación de soporte California (C.B.R.) 47
X. Valores de k sobre bases granulares 47
XI. Determinación de espesores 48
XII. Determinación de estructura y asentamiento 49
XIII. Asentamiento de concreto 50
XIV. Relación agua-cemento 50
XV. Porcentaje de agregado 51
XVI. Diseño teórico de Mezcla (Proporción) 52
XVII. Presupuesto de pavimentación en quetzales 55
XVIII. Presupuesto de pavimentación en dólares 56
ILUSTRACIONES Figura 1. Diagrama de pozos de visita (cotas invert) 18
Figura 2. Pozo típico de visita 19
Figura 3. Conexiones domiciliares 21
Figura 4. Sección transversal típica 43
V
LISTADO DE SÍMBOLOS
km Kilómetro (s)
m Metro (s)
r. Tasa de crecimiento de la población
% Por ciento
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 drenaje.
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
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
S. Pendiente
Rh. Radio Hidráulico
Min. Mínima
Max. Máxima
VII
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
M2 Metros cuadrados
M3 Metros cúbicos
hab Habitantes
S% Pendiente en porcentaje
P.V. Pozo de visita
conex. Conexión
domic. Domiciliar
INFOM Instituto de Fomento Municipal
VIII
GLOSARIO
Aguas de lluvia Aguas provenientes de la precipitación pluvial.
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.
Análisis de Vulnerabilidad Proceso para determinar los componentes críticos,
débiles o susceptibles de daño o interrupción de
edificaciones, instalaciones y sistemas o de grupos
humanos y las medidas de emergencia a tomarse ante
las amenazas.
Área tributaria Superficie que drena hacia un punto determinado.
Candela Receptáculo donde se reciben las aguas negras
provenientes del interior de la vivienda y que conduce
al sistema de drenaje.
IX
Canon de agua Volumen de agua que se utiliza en un mes en una
vivienda, establecido por la municipalidad.
Coeficiente de escorrentía Relación que existe entre la escorrentía y la cantidad
de agua de lluvia que cae en una determinada área.
Depende del tipo de superficie. Colector Conjunto de tuberías, canales, pozos de visita y obras
accesorias que sirven para el desalojo de aguas
negras o aguas de lluvia, pluviales.
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.
Confiabilidad Seguridad de un componente o sistema para resistir
amenazas.
Cota invert Cota o altura de la parte inferior interior del tubo ya
instalado.
Desastre natural Ocurrencia de un fenómeno natural en un espacio y
tiempo limitado que causa trastornos en los patronos
normales de vida y ocasiona pérdidas humanas,
materiales y económicas debido a su impacto sobre
poblaciones, propiedades, instalaciones y ambiente.
X
Descarga Lugar a donde se vierten las aguas negras
provenientes de un colector, sean crudas o tratadas.
Desfogar Salida del agua de desecho en un punto determinado.
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.
Excretas: Residuos de alimento que, después de hecha la
digestión, despide el cuerpo por el ano.
Fenómeno natural Manifestación de las fuerzas de la naturaleza, como
terremotos, huracanes, erupciones volcánicas, etc.
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.
Monografía Breve descripción de las características físicas,
económicas, sociales y culturales de una región o
pueblo o tratamiento específico de un tema.
Nivelación Término general que se aplica a cualquiera de los
diversos procedimientos altimétricos por medio de los
cuales se determinan elevaciones o niveles de puntos
determinados.
XI
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.
Pozo de visita Estructura subterránea que sirve para cambiar de
dirección, pendiente, diámetro, unión de tuberías, para
iniciar un tramo de drenaje y para limpieza de las
tuberías.
Prevención Acciones de preparación para disminuir el efecto del
impacto de los desastres.
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.
Vulnerabilidad Grado de daño susceptible que experimentan las
personas, edificaciones, sistemas, cuando están
expuestas a la ocurrencia de un fenómeno natural.
XII
RESUMEN
El presente trabajo de graduación consiste en un Diseño de drenaje
sanitario, drenaje pluvial y pavimentación de la Colonia Vista Azul, El Ranchito,
Aldea Cuchilla Del Carmen, del Municipio de Santa Catarina Pinula. Por medio de
las visitas realizadas se observó que las condiciones sanitarias no son las
adecuadas para el desarrollo de la comunidad. Varias son las causas que
provocan tal situación, como lo es las condiciones topográficas del lugar, lo cual
hace que la evacuación tanto de las aguas pluviales como las negras y que dan
hacia las calles provoca que éstas siempre están en mal estado, además que no
se cuenta con cunetas y sistemas de captación que reciban esta agua,
agregándose la acumulación de basura y la falta de concientización de parte de
los vecinos. . Se presenta a través de este trabajo la monografía del lugar con el
fin de ubicar e identificar que clase de población que será beneficiada, el estudio
de mercado que nos muestra la factibilidad, necesidad, tiempo de ejecución y
costo del proyecto, la metodología a seguir para el diseño del drenaje sanitario
así como también para el diseño de pavimentación y la vulnerabilidad de
proyectos de ingeniería. Las soluciones propuestas están basadas en normas y
especificaciones técnicas contenidas en el Diseño Hidráulico del Drenaje
Sanitario y Pluvial y las Normas Técnicas para el Diseño de Pavimento Rígido,
así como también basado en requerimientos y especificaciones de parte del
Departamento de Ingeniería de la Municipalidad de Santa Catarina Pinula,
tomando en cuenta que éste ya tenía conocimiento de la gran necesidad de
atender el problema.
XIII
OBJETIVOS
∗ General
Aportar para el desarrollo de de las comunidades del municipio de Santa
Catarina Pinula, colaborando con la planificación y diseño de proyectos de
infraestructura para beneficio de la población vecina.
∗ Específicos
1. Diseñar el sistema de drenajes sanitario y pluvial de la colonia
2. Diseñar el pavimento de la misma colonia.
3. Tratar de solucionar los problemas de infraestructura de la manera más
económica a corto y largo plazo.
XV
RESULTADOS ESPERADOS
En lo que respecta a la pavimentación, se espera facilitar el acceso de los
vecinos de esta colonia a sus viviendas y favorecerá la buena circulación
vehicular dentro de la misma, apoyando, de esa manera, el mejoramiento y
ampliación de vías de comunicación entre sectores marginados de la región.
Para ayudar a conservar el pavimento propuesto en el diseño y evitar las
pozas o charcos producidos por las lluvias, se espera que el sistema de drenaje
pluvial evacue con eficiencia las aguas sobre el área impermeabilizada.
La circulación de aguas negras a flor de tierra genera problemas de salud y
con el sistema de drenaje sanitario se espera ayudar al saneamiento e higiene
ambiental.
XVII
INTRODUCCIÓN
El presente informe servirá de guía para encontrar soluciones viables a los
problemas que enfrentan las comunidades en el municipio de Santa Catarina
Pinula; ya que, contiene propuestas para mejorar su saneamiento, accesibilidad y
ornato.
La colonia Vista Azul, aldea Cuchilla del Carmen no cuenta con servicio de
drenajes sanitarios ni pluviales ni calle pavimentada, lo cual genera que las aguas
pluviales corran por la brecha balastada, causando inundaciones y baches. El
anteproyecto consiste en diseño de estos trabajos que abarca desde la entrada a
la colonia hasta las calles vecinas en donde se cubrirá la mayor parte de la
población.
Es necesario recolectar y remover las diferentes clases de agua y aguas
residuales provenientes de todo lugar habitado. Además de cumplir con una
necesidad sanitaria e higiénica, este proceso contribuya a mantener una calidad
de vida adecuada.
La recolección, disposición y tratamiento de las aguas representan un
factor de costo que no responde a beneficios a corto plazo. Es comprensible que
en los países en desarrollo, el drenaje de las aguas residuales resulten poco
económicos y sólo pueden realizarse a un costo razonablemente bajo. Sin
embargo, la disposición de aguas residuales es una condición previa para
satisfacer las necesidades más elementales de una población y dar paso a la
industrialización.
XIX
1. MONOGRAFÍA 1. Descripción del lugar
1.1. Ubicación geográfica Colonia Vista Azul-El Ranchito, aldea Cuchilla del Carmen del municipio
de Santa Catarina Pinula, del departamento de Guatemala que se encuentra
ubicado al sureste del mismo departamento, con latitud 14°34’13” y longitud
90°29’45”.
10
EL RANCHITO
VISTA AZUL
CUCHILLA EL CARMEN
1.2. Límites y colindancias de la aldea El Carmen
• 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.
1
1.3. Clima
La aldea El Ranchito está situada a una altura de 1850 metros sobre el
nivel del mar, goza de un clima templado que favorece la agricultura del
lugar. Su precipitación anual va desde los 1057 a los 1588 milímetros.
1.4. Vías de acceso
Existen dos vías de acceso al lugar del proyecto las cuales son:
• Acceso a la aldea El Pueblito
• Carretera de Boca del Monte hacia Santa Catarina Pinula
1.5. 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, el cual se
está convirtiendo en área residencial aledaña a la ciudad capital. En cuanto a
la ganadería, se encuentran sólo pequeñas crianzas de bovinos y equinos,
en tanto que la de 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, ha experimentado
últimamente sensible desarrollo y se conserva aún en este tiempo en
crianzas de aves para consumo familiar. El comercio se ha ido
incrementando a través de tiendas, librerías, centros comerciales,
supermercados, restaurantes, cafeterías, etc.
2
1.6. Suelo
Los suelos del departamento de Guatemala han sido divididos en 26
unidades que incluyen 18 series de suelos, 3 fases de suelos y 5 clases de
terreno misceláneos. Estas han sido divididas en 3 amplias clases:
• Suelos de la altiplanicie central
• Suelo del declive del pacífico
• Clases misceláneas de terreno.
1.6.1. Suelos de la altiplanicie central
Ha sido dividida en sub-grupos según la profundidad del suelo, la
clase de
material madre y altitud.
A. Suelos profundos sobre materiales volcánicos, a gran altitud
B. Suelos profundos sobre materiales volcánicos, a mediana altitud
C. Suelos poco profundos sobre materiales volcánicos débilmente
sementados.
D. Suelos poco profundos sobre materiales volcánicos firmemente
sementados.
E. Suelos poco profundos sobre roca.
1.6.2. Clases misceláneas de terreno
Se dividen en áreas fragosas, cimas volcánicas, lava volcánica, suelos
aluviales no diferenciados, suelos de los valles no diferenciados y Lagos. En
el mapa del departamento de Guatemala, mostrando la localización de los
diferentes grupos de suelos, podemos visualizar que el municipio de Santa
Catarina Pinula abarca el fragosa, suelo Morán y suelo Guatemala.
3
Santa Catarina Pinula cuenta con áreas fragosas, suelo Guatemala y
Suelo Morán los cuales se pueden visualizar claramente en el mapa de serie
de suelos Simmons. Series que a continuación serán ampliamente descritas
en forma independiente.
1.6.2.1. Descripción de las áreas fragosas
Es un terreno quebrado grueso. Es una clase de terreno mapificado
en la vecindad de la ciudad de Guatemala, donde los barrancos de laderas
perpendiculares de casi 100 m. de profundidad han cortado la planicie de
Guatemala y otras cercanas.
Las áreas de esta clase de terreno son, en su mayoría baldías, pero
algunas incluyen partes de planicie que han sido cortadas del cuerpo
principal por el avance de los barrancos que se han juntado, dejando
aisladas e inaccesibles unas partea potencialmente arables. Algunas
secciones de esta clase de terrenos están en los suelos de Guatemala.
1.6.3. Descripción de suelos de guatemala
Son profundos, y bien drenados, desarrollados sobre la ceniza volcánica
débilmente cementada, en un ambiente húmedo seco. Ocupan un relieve
casi plano a latitudes medianas en la parte Sur central de Guatemala, Están
asociadas con los suelos Cauqué, Fraijanes y Morán, pero se distinguen de
estos porque los suelos Guatemala se encuentran en planicies y los otros en
relieve de ondulado a inclinado y además, porque Guatemala son más
profundos que los Cauqué y Fraijanes y se encuentra a elevaciones más
bajas que los Morán.
4
La profundidad del suelo varía según el grado de erosión al cual ha
estado sujeto durante su desarrollo. Típicamente ocupa un valle o un bolsón
intramontañoso que es casi plano pero algunas partes son de ondulada a
suavemente onduladas.
1.6.3.1. Suelo de Guatemala (franco arcilloso)
El suelo superficial, a una profundidad alrededor de 25 cm., es franco
arcilloso café muy oscuro. Tiene un contenido alrededor del 4% de materia
orgánica. La estructura granular está desarrollada en algunos lugares, pero
en la mayor parte se ha destruido a causa del cultivo y la exposición al sol,
de modo que se vuelve duro cuando está seco y es plástico cuando está
húmedo. Grietas de 1 a 2 cm. de ancho y de más de 30 de profundidad, se
desarrollan durante la estación seca. La relación es de mediana a
ligeramente ácida, PH alrededor de 6.0.
El suelo adyacente al superficial, a una profundidad alrededor de 40
cm. es franco arcilloso o arcilla de café oscuro. El contenido de materia
orgánica es bajo (0.8%). Los planos de cruce verticales son más definidos
que los horizontales, dando apariencia de una macro-estructura prismática.
Es duro cuando está seco y plástico cuando está húmedo. La reacción es
ligeramente ácida, de PH de 6.0 a 6.5.
El subsuelo, a una profundidad alrededor de 1 m. es arcilla café rojiza.
La estructura micro-cúbica y la estructura macro-prismática están
desarrolladas hasta cierto grado. Es friable bajo condiciones óptimas, pero es
dura cuando está seco y plástico cuando está húmedo. La reacción es
ligeramente ácida PH de 6.0 a 6.5.
El subsuelo más profundo en la parte superior del substrato, es franco
arcilloso o franco arcillo arenoso, café amarillento y cementado. Este material
5
es masivo en la mayoría de los lugares y se conoce localmente como
talpetate, el cual se excava para usarlo como material de construcción. Es
ceniza volcánica parcialmente intemperizada. La reacción es ligeramente
ácida de PH de 6.0 a 6.5.
El substrato es pómez huesa cementada débilmente. Casi todos los
fragmentos tienen un grueso alrededor de i cm. Se excava fácilmente y las
paredes verticales se sostienen por años sin soporte alguno. Una separación
en tamaño de partícula tuvo lugar, asumiéndose por esto, que estos valles
fueron rellenados durante un período de actividad volcánica intensa,
acompañada de fuertes lluvias, lo que dio por resultado la formación de una
masa semifluida, pero lo suficiente consistente como para haber sido
contenida en un área restringida.
1.6.4. Variaciones del suelo
Gran parte de la variación que se encuentra en los suelos Guatemala
franco arcillosos ha resultado a causa de la erosión normal lenta, o
geológica, que no permitió que se desarrollara un suelo profundo normal para
la región. En ciertas partes la erosión recientemente ha provocado la
remoción de todo o parte del suelo superficial y en algunos pocos lugares se
penetra hasta el subsuelo. El espesor del subsuelo inferior varía de medio
metro a 1 m. a un máximo de 2 m., pero el promedio es alrededor de 1 m. En
la clasificación de reconocimiento de suelos, están incluidos terrenos muy
quebrados, que consisten en barrancos profundos con paredes
perpendiculares. Muchos de estos barrancos tienen una profundidad de casi
100 m. y solo 50 de ancho. También están incluidas áreas de suelos
formados en superficies más antiguas, representadas por lomas de roca
sedimentaria y volcánica.
6
1.7. Servicios públicos e infraestructura existente
1.7.1. Salud
1.7.1.1. 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.
1.7.1.2. Drenajes
Las condiciones sanitarias no son adecuadas, mala evacuación de
aguas residuales, que a flor de tierra corren en las calles, lo cual provoca los
malos olores y contaminación, la mayoría de viviendas con causantes de la
contaminación a causa de la mala disposición de sus aguas residuales.
1.7.1.3. Basura El manejo de los desechos sólidos no es el adecuado, no existen
métodos eficientes para resolver este problema, lo cual provoca basureros
clandestinos y que la población queme su propia basura.
1.7.2. Centros asistenciales
En materia de salud, existe un centro de salud y se inauguró
recientemente un hospital, ambos en la cabecera municipal.
7
8
2. EVALUACIÓN DE MERCADO
2.1. Cantidad de usuarios La cantidad de familias beneficiadas con el proyecto son cincuenta y dos
familias, con un promedio de seis usuarios por familia, lo cual significa que
son trescientos doce beneficiados.
2.2. Evaluación del lugar
Actualmente no se cuenta con drenajes sanitarios y pluviales, la carretera
es de terracería lo que dificulta el acceso. Esto afecta directamente la salud
y bienestar de los habitantes, lo que detiene el progreso de la comunidad.
2.3. Tiempo del proyecto
El proyecto está programado para un período de tiempo de mes y medio,
con tres equipos de trabajo, trabajando 08 horas diarias de acuerdo al
Programa de trabajo anexo al trabajo.
2.4. Costo
En base a trabajos realizados por la Municipalidad de Santa Catarina
Pinula, se ha determinado un costo promedio por proyecto de:
Q 603,183.00 Pavimentación
Q 356,833.19 Drenaje Sanitario
Q 311,170.00 Drenaje Pluvial
Que genera un total de Q 1,271,186.19
9
Los datos presentados son un promedio en proyectos similares.
2.5. Instrumento para el Estudio de Mercado El instrumento ha utilizar para recabar la información y los comentarios de
la población es LA ENCUESTA, esta se le aplicará personalmente a una
muestra del 50% de la población, 30 familias. Tiene como finalidad obtener
la perspectiva del usuario del futuro proyecto, para determinar la factibilidad
del mismo.
2.6. Evaluación de Resultados
Los resultados de la encuesta se presentarán en una gráfica de barras,
para realizar un análisis en base a los comentarios y necesidades de los
habitantes de la comunidad. Por medio de este método de podrá comprobar
la factibilidad y necesidad de éste proyecto.
10
3. DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO
3.1. Descripción del proyecto El proyecto consistirá en diseñar el sistema de drenaje sanitario para la
aldea Ranchito de la aldea Cuchilla del Carmen. Actualmente, la aldea
cuenta con servicios sanitarios y las aguas de pila y cocina son expulsadas a
las calles. Se diseñará la tubería principal y secundaria, también pozos de
visita y conexiones domiciliares.
3.2. Levantamiento topográfico En un levantamiento topográfico nunca es tomada en consideración la
curvatura de la esfera terrestre, desde este principio se efectúan todos los
trazos topográficos.
La planimetría se utiliza para localizar la red de drenaje dentro de las
calles, ubicar los pozos de visita y todos aquellos puntos de importancia para
el diseño. Para el levantamiento planimétrico se utilizó el método de
conservación del azimut, con una poligonal cerrada, y con el uso del
siguiente equipo:
Un teodolito marca Wild T-16
Una estadia
Una cinta métrica de 30 metros de largo
Una plomada
Estacas
Los resultados obtenidos son mostrados en la sección de anexos del
trabajo de graduación.
11
La altimetría tiene por objeto determinar las diferencias de alturas entre
los puntos del terreno. Las alturas de los puntos se toman sobre planos de
comparación diversos, el más común de estos es el nivel del mar. A estas
alturas, los puntos sobre esos planos de comparación se llaman cotas,
elevaciones o alturas y, a veces, niveles. Para el levantamiento altimétrico
se trabajó con el método compuesto y con el siguiente equipo:
Un nivel de precisión marca Wild
Una estadia
Una cinta métrica de 30 metros de largo
Estacas
Los resultados obtenidos son mostrados en la sección de anexos del
trabajo de graduación.
3.3. Período de diseño
El período de diseño de un sistema de drenaje es el tiempo durante el
cual el sistema dará un servicio con una eficiencia aceptable. Este período
varía de acuerdo con el crecimiento de la población, capacidad de la
administración operación y mantenimiento, criterio de instituciones como el
Instituto de Fomento Municipal INFOM, EMPAGUA, y el Fondo de las
Naciones Unidas para la Infancia UNICEF, quienes recomiendan que los
drenajes se diseñen para un período de 30 a 40 años. Para el diseño de
este proyecto se adoptó un período de 40 años.
3.4. Población futura
El estudio de la población se efectúa con el objeto de estimar la población
futura, para la cual se hace necesario determinar el período de diseño y
hacer un análisis de los censos existentes.
12
El crecimiento de la 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 este proyecto 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 4% fuente INE.
− Incremento geométrico:
( )naf PP t++= 1
Pf = 1498 habitantes
Donde: Pf = población futura
Pa = población actual (312)
n = período de diseño (40)
t = tasa de crecimiento (4%)
3.5. Factor de Hardmon El factor de Hardmon 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.
3.5.1. Fórmula La fórmula del factor de Hardmon es adimensional y viene dada por:
F.H. = ( )( )1000/p4
1000/p18++
Donde “p” es la población del tramo que se va a servir, se expresa en
miles de habitantes.
13
El factor de Hardmon se encuentra entre los valores de 1.5 a 4.5, según
sea el tamaño de la población a la que se piensa atender.
3.6. Velocidad de diseño La velocidad de diseño está dada por la pendiente del terreno y el
diámetro de la 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. Según la norma ASTM
3034, las velocidades mínimas y máximas dependen del tipo de tubería,
éstas son:
• Para tubería de P.V.C. la v mín. = 0.40 m/seg. y V máx. = 5.0
m/seg.
• Para tubería de concreto la v mín. = 0.60 m/seg. y V máx. = 3.0
m/seg.
3.6.1. Velocidad de arrastre
La velocidad de arrastre es la que asegura un buen funcionamiento
del sistema, cuando éste funciona en su límite más bajo, es decir, cuando
el tirante es de 0.10.
Por norma, la velocidad de arrastre deberá ser la mínima velocidad,
con que el flujo que está compuesto de sólidos y líquidos, evita que los
sólidos se sedimenten y por lo tanto obstruyan el sistema; la velocidad de
arrastre es 0.40 para la tubería PVC.
14
3.7. Relaciones q/Q, d/D, V/V Al realizar el cálculo de las tuberías que trabajan en una sección
parcialmente llena y para agilizar de alguna manera los resultados de la
velocidad, área y caudal, perímetro mojado y radio hidráulico.
Se relacionaron los términos de la sección totalmente llena con los de
la sección parcialmente llena, de los resultados obtenidos se construyó el
gráfico y tablas, para esto se utilizó la fórmula de Manning.
Se deberán determinar los valores de la velocidad y caudal de la
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. El resultado obtenido se busca en la gráfica, en el eje de la
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 vertical, leyendo sobre el eje de las ordenadas; la profundidad de
flujo (tirante) se obtiene al multiplicar el valor por el diámetro de la tubería.
Para el valor de la relación (v/V), velocidad parcial entre velocidad a
sección llena, ubicar el punto de intersección entre la vertical y la curva de
relación de caudales que se estableció anteriormente, se traza una
horizontal hasta llegar a interceptar la gráfica de velocidades. En éste
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
de la sección parcial; de igual manera, se calculan las otras
características de la sección.
15
Para utilizar las tablas, primero se determina, la relación (q/Q), el valor
se busca en las tablas y si no esta el valor exacto, se busca uno que sea
aproximado; en la columna de la izquierda se ubica la relación (v/V), y de
la misma forma se debe multiplicar el valor obtenido por la velocidad en
una sección llena y así obtener la velocidad de la sección parcial.
Se debe considerar las siguientes especificaciones hidráulicas:
Que Q diseño < Q lleno
La velocidad debe estar comprendida entre:
0.40 m/seg < v para que existan fuerzas de tracción y arrastre de
los sólidos, para PVC.
V< 5.00 m/seg Para evitar deterioro de tubería debido a la fricción
producida por la velocidad y la superficie de la tubería PVC.
0.60 m/seg < V para que existan fuerzas de tracción y arrastre de
los sólidos, para tubería de concreto.
V < 3.00 m/seg para evitar deterioro de la tubería debido a la
fricción producida por la velocidad y la superficie de la tubería de
concreto.
El tirante debe de estar entre:
0.10< d/D<0.80
Con los anteriores parámetros se evita que la tubería trabaje a
presión.
16
3.8. Cotas Invert
La cota invert es la distancia que existe entre el nivel de la rasante
del suelo y el nivel inferior interior de la tubería, se debe verificar que la
cota invert sea, al menos, igual al recubrimiento mínimo necesario de la
tubería. Las cotas invert se calculan con base a la pendiente del terreno y
la distancia entre un pozo y otro. Se deben seguir las siguientes reglas
para el cálculo de cotas invert:
La cota invert de salida de un pozo se coloca, al menos, tres
centímetros más baja que la cota invert de llegada de la tubería más baja.
Cuando el diámetro de la tubería que sale, la cota invert de salida estará,
debajo de la tubería de entrada al menos, a una altura igual al diámetro
de la tubería que entra.
Las cotas invert se calculan de la siguiente manera:
CISalidaPZV1 = CTerreno – HPZV1
CIEntradaPZV2 = CISalidaPZV1 – ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
100*% DHS tub
CISalidaPZV2 = CIEntradaPZV2 – 3 cm.
Donde:
CISalidaPZV1 = Cota invert de salida de pozo de visita 1 (CIS)
CTerreno = Cota de terreno (CT)
HPZV1 = Altura de pozo de visita 1
CIEntradaPZV2 = Cota invert entrada pozo de visita 2 (CIE)
CISalidaPZV2 = Cota invert salida pozo de visita 2 (CIS)
S % tub = pendiente del tubo
DH = distancia horizontal entre pozos
17
Figura 1. Diagrama de pozos de visita (cotas invert)
.9. Pozos de visita
Forman parte del sistema de drenaje, proporcionan acceso a éste,
con
e colocarán pozos de visita en los siguientes puntos:
tuberías.
etros.
0 metros.
3
el fin de realizar trabajos de inspección y limpieza. Están construidos
de concreto o mampostería.
S
• En el inicio de cualquier ramal.
• En intersecciones de dos o más
• Donde exista cambio de diámetro.
• En distancias no mayores de 100 m
• En las curvas de colectores, a no más de 3
• Alivio o cambio de pendiente.
18
Figura 2. Pozo típico de visita
3.10. Conexiones domiciliares
Tienen la finalidad de descargar las aguas provenientes de las casa
o
Acomedidas Individuales: Las acomedidas individuales o conexiones
edificios llevarlas al colector central. Se plantearán dos tipos de
acometidas: individuales y conjuntas.
domiciliares, tienen como finalidad transportar las aguas residuales
originadas en las viviendas al drenaje secundario o cualquier otro drenaje,
excepto a otra acometida domiciliar. Normalmente, se construye una caja
de inspección para acometida, ésta tendrá una tapa removible a nivel de
19
la superficie con el objetivo de facilitar las labores de mantenimiento en la
conexión.
Acomedidas conjuntas: En el caso de viviendas unifamiliares, cuyo
frente sea de seis metros o cuando las condiciones económicas lo
requieran, se podrá construir una sola caja de empalme para cada dos
viviendas, con el fin de tener una sola acometida a la red principal.
Las conexiones domiciliares 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
pulgadas. Estos deben estar impermeabilizados por dentro y tener
una tapadera para realizar inspecciones.
20
Figura 3. Conexiones domiciliares
Tubería de concreto de 12”
21
3.11. Elaboración de planos finales
Al seguir el proceso de diseño del proyecto se llega a la elaboración
de los planos finales, luego del replanteo topográfico, para obtener una
visión más clara de los que se va a lograr, y de esta manera obtener el
diseño final del proyecto. Ver anexos.
3.12. Presupuesto
La cuantificación de los materiales y mano de obra para los trabajos
se realizó de acuerdo a lo siguiente:
• La cantidad de ladrillo tayuyo para los pozos de visita se calculó por
unidad.
• La cantidad de arena de río y piedrín, se calculó por metro cúbico 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.
• El cemento se calculó por saco por pozo de visita y por conexión
domiciliar.
• Se calcularon los materiales de la conexión domiciliar y colector
general para cada elemento en forma unitaria, así como la mano de
obra calificada.
• La totalidad de materiales tiene precios de fletes incluidos y otros
gastos.
• La cuantificación de la mano de obra se tomó con base a la experiencia
de proyectos de drenaje ejecutados por la municipalidad; la mano de
obra no calificada se tomó como aporte comunitario.
Los salarios de la mano de obra, se tomaron según los que se
manejan en la dirección de planificación de la municipalidad.
22
Los precios de los materiales fueron tomados de acuerdo con
cotizaciones realizadas en diferentes empresas dedicadas a la materia en
el lugar.
Tabla I. Presupuesto drenaje sanitario en quetzales
DESCRIPCIÓNCANTIDAD UNIDAD TOTAL
P.U. Total P.U. TotalBODEGA 1 global 5,000.00Q 5,000.00Q 5,000.00Q
TRAZO Y ESTAQUEADO 495 ml 11.00Q 5,445.00Q 5,445.00Q COLECTOR 541.7 ml
TOTAL 5,488.48$ 3,377.50$ 8,865.98$ LIMPIEZA 57.643 m3 12.37$ 713.03$ 713.03$
GRAN TOTAL 24,071.91$ 22,390.75$ 46,462.66$
PRESUPUESTO DRENAJE SANITARIO ALDEA EL RANCHITO, CUCHILLA DEL CARMENCOSTO MATERIALES COSTO MANO DE OBRA
MATERIAL MANO DE OBRA
• Tipo de cambio: Q7.68 por un $1.00
24
3.13. Obras de protección
Estas obras de protección no son más que estructuras auxiliares de
las partes constituyentes del sistema, ya estipuladas en los planos finales.
Estas estructuras según la finalidad de las mismas, serán de diversas
formas y tamaños.
Para un sistema de drenaje sanitario existen varias obras de
protección, entre las cuales se puede mencionar:
• Conexiones domiciliares
• Escaleras para pozo de visita
• Tapadera de pozo de visita
• Tapadera de conexión domiciliar
25
26
4. DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL
4.1. Sistema de drenaje de agua pluvial Para evacuar las aguas de lluvia en una localidad se hace necesario
diseñar y extender una red de colectores para aguas de lluvia, alterna al
alcantarillado de aguas residuales.
En el diseño de un sistema de drenaje de agua pluvial, el principal
objetivo que se persigue es la determinación, lo más exacta posible de los
caudales máximos que provocarán las lluvias y que el sistema deberá
desalojar con eficiencia del área drenada. Estos caudales depende de
muchos factores, tanto físicos, geográficos, meteorológicos, etc., que en la
práctica presentan gran dificultad para su evaluación debido a su variabilidad.
Los métodos de cálculo de caudales de escorrentía todavía son
imprecisos, debido a la falta de información Hidrológica que permita
correlacionar las diferentes variables, la escorrentía, la topografía, la
permeabilidad del suelo etcétera.
La determinación de los caudales a tener en cuenta en el proyecto de
las redes de alcantarillado pluvial puede realizarse por cualquiera de los
métodos siguientes:
4. Fórmulas empíricas
5. El método de la hidrografía (cuenca)
6. El método racional
7. Estudio de correlación entre lluvia y escorrentía
8. El uso de modelos matemáticos en computadoras
De estos el método racional es el más utilizado.
27
4.2. Método racional Este método establece que el caudal proveniente de una precipitación es
función directa de la intensidad de la precipitación, del área tributaria y de un
coeficiente de escorrentía, el cual depende a su vez de la pendiente del
terreno y de su permeabilidad.
Q = C * i * A
Donde:
Q: caudal de aguas de lluvia en litros por segundo
C: coeficiente de escorrentía
i: intensidad de precipitación en litros por segundo
A: área tributaria en hectáreas
El área tributaria en cualquier punto en consideración para un sistema
de alcantarillado pluvial puede ser medida precisamente, siendo el único
elemento del método racional sujeto a determinación precisa.
Los límites del área de drenaje pueden establecerse por medio de
levantamientos topográficos o por medio de mapas apropiados.
El total del área a drenar es subdividida en pequeñas partes, cada área
tributaria al punto de entrada. Esto requiere preliminarmente un trazo del
sistema y la localización tentativa de puntos de entrada.
La información del área a drenar debería incluir lo siguiente:
• El uso de tierra, presente y predicción futura.
• Características del suelo y cubiertas, que puede afectar al coeficiente
de escorrentía
28
• La magnitud general de la pendiente de la superficie, la cual
conjuntamente con los aspectos anteriores, pueden afectar el tiempo
de concentración.
4.2.1. Tiempo de concentración El tiempo de concentración es el tiempo requerido para que la
escorrentía llegue a ser establecida y fluya desde la parte más remota del
área drenada, hasta el punto en consideración. Esta suposición se refiere a
la parte más remota, en tiempo, no necesariamente en distancia.
Este tiempo está dado por el tiempo de entrada y el tiempo recorrido en
la tubería.
TC = Te + Tt
Donde:
TC = tiempo de concentración en minutos
Te = tiempo de entrada ó tiempo de recorrido en el terreno en minutos
Tt = tiempo de recorrido en la tubería en minutos
Para el cálculo del tiempo de entrada se usará la expresión de diseño
de drenaje de aeropuertos. (Agencia de aviación, departamento de
transporte de los Estados Unidos).
Te = P
] L I) - (1.1 0.702 [3/1
t
1/2
Te = tiempo de entrada ó tiempo de recorrido en el terreno en minutos
I = coeficiente de impermeabilidad
L = distancia del punta más alejado en metros
Pt = pendiente promedio entre el punto más alejado y el alcantarillado en
decimales
29
El tiempo de tránsito en la tubería se calcula mediante la expresión:
Tt = ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛
nVL
601
Donde,
Tt = tiempo de transito en la tubería en minutos.
L = longitud del tramo en metros medidos en escala sobre el plano
Vn = velocidad real en metros sobre segundos
Como en el proceso de cálculo la velocidad real es lo último que se
determina, entonces al iniciar el diseño se asume una velocidad real. Se
encuentra en el tiempo de tránsito y el tiempo de concentración mediante las
expresiones anteriores, además se calcula el caudal; con el caudal
encontrado se calcula el tiempo de tránsito real, el cual deberá estar en un
rango de ±10% del tiempo de tránsito asumido. Si no se cumple con tal
condición, se asume otra velocidad y se determina nuevamente el tiempo de
tránsito y de concentración; hasta que la condición anterior se cumpla.
La Dirección General de Obras Públicas, en sus normas generales para
el diseño de redes de alcantarillado, hace la observación que el tiempo de
concentración en minutos, será determinado de la siguiente manera:
En tramos iniciales, el tiempo de concentración será igual al tiempo de
entrada y se estimará en 12 minutos.
En tramos consecutivos el tiempo de concentración se estimará por la
fórmula siguiente:
30
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+= −− 11 *
60 nnn VLtt
Donde;
tn = tiempo de concentración hasta el tramo considerado, en minutos,
tn-1 = tiempo de concentración hasta el tiempo anterior, en minutos,
L = longitud del tramo anterior, en metros,
Vn-1 = velocidad a sección llena en el tramo anterior, en m/s.
Cuando en un punto sean concurrentes dos o más ramales, tn-1 se tomará
igual al del tramo que tenga mayor tiempo de concentración.
El tiempo de concentración no será en ningún caso inferior a 3 minutos, ni
superior a 20 minutos.
4.2.2. Coeficiente de escorrentía El coeficiente de escorrentía (C), es la variable del método racional
menos susceptible a determinación precisa. Su uso en la fórmula implica
una relación de arreglo para cualquier área de drenaje dada, considerando
que en realidad el coeficiente explica la abstracción o pérdidas entre lluvia y
escorrentía, los cuales pueden variar para un área de drenaje dada, siendo
influenciada por las diferencias climatológicas y las condiciones estacionales.
El coeficiente de escorrentía se determinara mediante la expresión
C = 0.14 + 0.65 I + 0.05 P
Donde;
I : coeficiente de impermeabilidad
31
P : pendiente promedio del área tributaria, en decimales
Coeficiente de impermeabilidad Tipos de superficie
• Techos 0.90
• Comercial o industrial 0.90
• Residencial con casas antiguas,
predominio zonas impermeables 0.75
• Residencial multifamiliar con bloque contiguos y
zonas impermeables 0.75
• Residencial unifamiliar con casas contiguas
predominio de jardines. 0.55
• Residencial con casas salteadas de jardines y multifamiliar
espaciablemente separadas. 0.45
• Residencial con predominio de zonas verdes, cementerio
tipo jardín. 0.30
• Laderas desprotegidas de vegetación 0.60
• Laderas protegidas de vegetación 0.30
La Dirección General de Obras Públicas en sus normas generales para el
diseño de redes de alcantarillado hace la observación que el porcentaje de
escorrentía se determinará de acuerdo con la siguiente fórmula:
C = ( )A
ac∑
∑ *
Donde;
C: coeficiente de escorrentía promedio por área a drenar,
C: coeficiente de escorrentía de cada una de las áreas parciales,
32
a: área parcial (ha)
A: área total (ha)
Tabla III. Tipo de supervicie y factor “C”
TIPO DE SUPERFICIE- Superficies impermeables de techos 0.75 a 0.95- Pavimentos de asfalto en buen estado 0.85 a 0.95- Pavimentos de concreto en buen estado 0.70 a 0.90- Pavimento de piedra o ladrillo con buenas juntas 0.75 a 0.85- Pavimentos de piedra o ladrillo con junas permeables 0.40 a 0.70- Superficies sin pavimentos patios y lotes sin construir 0.10 a 0.30- Parques, prados, jardines, canchas, etc., 0.05 a 0.25- Suelos impermeables con pendiantes del 1% al 2% 0.40 a 0.65- Suelos impermeables con césped y pendiantes del 1% al 2% 0.30 a 0.55- Suelos ligeramente permeables con pendientes del 1% al 2% 0.15 a 0.40- Suelos ligeramente permeables con césped y pendientes del 1% al 2% 0.10 a 0.30- Suelos moderadamente permeables con pendientes del 1% al 2% 0.05 a 0.20- Suelos moderadamente permeables con césped y pendientes del 1% al 2% 0.01 a 0.10- Bosques y tierras cultivadas 0.01 a 0.20
FACTOR "C"
4.2.3. Intensidad de la precipitación La intensidad y duración de las lluvias durante fuertes tormentas son
elementos esenciales para el diseño de alcantarillas pluviales, debiendo
estos determinarse en la forma más exacta posible con el fin de obtener los
caudales de diseño con un grado de aproximación aceptable.
La intensidad media de una tormenta, calculada dividiendo la cantidad
total de agua precipitada entre la duración de la lluvia, no da la información
necesaria para el diseño. Es necesario hacer un estudio de datos
pluviográficos existentes para determinar la intensidad de diseño, en relación
con la frecuencia de ocurrimiento de la misma.
Los registros pluviográficos son comúnmente deficientes en localidades
pequeñas, pudiendo en este caso hacerse uso de información de localidades
vecinas o de similares características.
33
Las tormentas demasiado intensas son muy raras, pero tormentas fuertes
no usuales se presentan con una frecuencia de 5 a 10 años en promedio.
La intensidad para la cual se diseña el sistema de drenajes, debe
escogerse con mucho cuidado, pues es en realidad la base en que se
fundamenta todo el diseño. Para esto debe contarse con curvas de
intensidad de lluvias versus tiempo de duración, para diferentes frecuencias
probables de ocurrimiento, pues se deberá escoger una intensidad de una
frecuencia tal, que el proyecto resulte de esta estimación tenga un costo que
compense los daños que provocaría una lluvia de la intensidad adaptada al
fallar el sistema.
En el medio se ha adoptado como norma general para alcantarillado de
localidades interior de la república, diseñar los sistemas para una intensidad
que se vea igualada o excedida una vez cada 5 años en promedio.
La intensidad de lluvia será calculada por la fórmula:
( )btai+
=
Donde;
i : intensidad de lluvia promedio sobre el área drenada (mm/hr)
t : tiempo de concentración, en minutos,
a y b : son constantes que dependen de la localidad y de la frecuencia de
tormenta para la cual se diseñe.
34
4.3. Desarrollo para el cálculo de alcantarillado El procedimiento a seguir en el proyecto de redes de alcantarillado para
aguas pluviales es similar al empleado en el de redes para aguas residuales
que ha sido descrito anteriormente, solo se mencionaran las características
del proyecto que son diferentes.
Si se desea proyectar una red de aguas de lluvia para una determinada
comunidad, lo pasos para desarrollarlo son:
I. Se trazan los colectores de planta, teniendo en cuanta la topografía del
lugar.
a. Se coloca una flecha en cada colector indicando la dirección del
flujo. Por lo general, los colectores se conforman a las
pendientes de las calles o avenidas.
b. En algunas localidades, se deja que el agua de los tejados
caigua al suelo y escurra sobre la superficie hasta los
sumideros o tragantes que se encuentran en las puntos bajos
de los calles o avenidas; con esto se logra economía.
II. Se sitúan los pozos de inspección dándosele a cada una su identificación.
Normalmente éstos se sitúan en cada curva o ángulo, en todos los
empalmes de colectores para aguas pluviales, en todas las puntas en que
se produzcan cambios de sección o pendiente y en puntos intermedios
donde la sección excede en 100 metros.
III. Se dibujan los perfiles del terreno.
IV. Se establecen los límites de las cuencas, vertientes tributarias a cada pozo
de inspección.
V. Se obtiene la superficie de cada área individual con el planímetro mediante
fórmulas geométricas.
VI. Se resumen los criterios básicos del diseño.
VII. Se elabora una tabla de cálculos.
35
Tabla IV. Presupuesto drenaje pluvial en quetzales.
Descripción Cantidad Unidad Costo Unitario Precio
Trazo y estaqueado 1.00 Global 5,000.00Q 5,000.00Q
Excavación 200.00 m³ 40.00Q 8,000.00Q
Relleno y compactación con material selecto. 260.00 m³ 170.00Q 44,200.00Q
Tubería PVC novaloc de O 12" 265.00 ml 370.00Q 98,050.00Q
Caja de registro con tapadera. 4.00 unidad 1,880.00Q 7,520.00Q
Canal con rejilla 265.00 ml 560.00Q 148,400.00Q
311,170.00Q TOTAL
Tabla V. Presupuesto drenaje pluvial en dólares.
Descripción Cantidad Unidad Costo Unitario Precio
Trazo y estaqueado 1.00 Global 651.04$ 651.04$
Excavación 200.00 m³ 5.21$ 1,041.67$
Relleno y compactación con material selecto. 260.00 m³ 22.14$ 5,755.21$
Tubería PVC novaloc de O 12" 265.00 ml 48.18$ 12,766.93$
Caja de registro con tapadera. 4.00 unidad 244.79$ 979.17$
Canal con rejilla 265.00 ml 72.92$ 19,322.92$
40,516.94$ TOTAL
36
5. DISEÑO DE PAVIMENTACIÓN
5.1. Descripción del proyecto
5.1.1. Alcances del proyecto
El proyecto consiste en el diseño del pavimento rígido de la aldea Cuchilla
del Carmen, se considera pavimentar un tramo de 365 metros de la calle
principal, con un ancho de 5 metros, con bordillo y cuneta. Se realizan los
estudios topográficos, toma de muestra de suelos, ensayos de laboratorio,
planos y presupuestos.
5.1.2. 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 la libreta de campo y planos que reflejan la conformación real del
lugar en donde se realizará el proyecto de pavimentación.
5.1.3. Planimetría y altimetría
La planimetría se utiliza para determinar el ancho de la calle, la longitud a
pavimentar y todos aquellos puntos de importancia. Para el levantamiento
planimetrito se utilizo el método de conservación del azimut, con la poligonal
cerrada, y con el uso del siguiente equipo.
37
Un teodolito marca Wild T-16
Una estadía
Una cinta métrica de 50 metros
Un plomada
Estacas
La altimetría tiene por objeto determinar las diferencias de alturas entre
los puntos del terreno. Para el levantamiento altimétrico se trabajó con el
método compuesto y con el siguiente equipo.
Un nivel de precisión marca Wild
Una estadía
Una cinta métrica de 50 metros
Estacas
38
5.2. Estudio de suelos
5.2.1. Ensayos de laboratorio
Los ensayos que se realizaron fueron:
• Límites de consistencia (límites de Atteberg)
• Ensayo de compactación (Proctor)
• Valor soporte del suelo (CBR)
• Granulometría
Para determinar el diseño de pavimento y diseño de las estructuras
que intervienen en ella, se hace necesario conocer las características del
suelo.
En este caso, se realizó un toma de muestra de pozo a cielo abierto en
el cual se hizo una perforación de un metro de diámetro y, aproximadamente,
unos cincuenta centímetros de profundidad, se extrajeron cerca de 100
kilogramos de suelo, para realizar los ensayos correspondientes.
La perforación se realizó en la estación 0 + 132 m.
• Límites de consistencia (limites de Atterberg)
Los límites de consistencia son los límites de contenido de humedad
para que un suelo pueda deformarse sin romperse. Se clasificaron en cuatro
estados de consistencia, líquido, plástico, semi-plástico y sólido.
• Ensayo de compactación (PROCTOR MODIFICADO)
Con este ensayo se determina el peso volumétrico de un suelo que ha
sido compactado con diferentes niveles de humedad, también se determina
la humedad óptima del material para un compactación idónea.
39
• Ensayo valor soporte del suelo
Este ensayo es conocido como California Bearing Ratio (C. B. R.), por
sus iniciales en inglés, sirve para determinar la capacidad soporte que tiene
un cuerpo compactado a su densidad máxima en las peores condiciones de
humedad que pueda tener en el futuro. Éste se expresa en el porcentaje del
esfuerzo requerido para hacer penetrar un pistón estándar en la muestra de
suelo, comparado con el patrón de piedra triturada de propiedades
conocidas.
• Ensayo de granulometría
La granulometría sirve para conocer la variedad en el tamaño de las
partículas del suelo, para clasificarlas; el procedimiento más expedido es el
del tamizado.
El empleo que se le puede dar al suelo se puede ver en la tabla
siguiente:
Tabla VI. 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 BASE BUENA
80 a 100 BASE MUY BUENA
40
5.3. Análisis de resultados
El suelo de la calle de la escuela al tanque de distribución en la aldea
Cuchilla del Carmen se clasifica como un limo arcilloso color café. Por su
C. B. R. bajo es considerado un suelo no apropiado para sub-rasante.
El resumen de los resultados obtenidos en los ensayos de laboratorio se
detalla a continuación:
Descripción: Limo arcilloso color caféLímite líquido: 49%Límite plástico: 34.20%Índice plástico 15%C. B. R.: 89% al 100.23%% de grava: 0% de arena: 12% de finos: 88
Tabla VII. Tipos de suelos de la sub-rasante y valores aproximados de “k”
TIPO DE SUELOS SOPORTE RANGO DE VALORES DE K
PCI
Suelos de grano fino en que el
tamaño de partículas de limo y
arcilla predominan
Bajo
75 - 120
Arenas y mezclas de arena con
grava, con una cantidad
considerada de limo y arcilla.
Medio
130 – 170
Arenas y mezclas de arena con
grava relativamente libre de suelos
finos.
Alto
180 – 220
Sub-base tratada con cemento.
Muy alto
250 - 400
41
Se concluye que el material no satisface los requisitos para se utilizados
como una sub-rasante, ya que los resultados demuestran un límite líquido
menos de 50%, y el valor soporte (C.B.R.) es mayor del 89% al 100% de
compactación, se clasifica como medio para sub-rasante.
5.4. Diseño del pavimento
5.4.1. Pavimento rígido
Es una losa de concreto hidráulico que descansa sobre el suelo de
fundación o sub-rasante, su objetivo principal es transmitir las cargar que
genera el tránsito sobre ella de una manera proporcional sobre el suelo.
También protege al suelo de los efectos del clima y cargas. El diseño del
pavimento rígido estará basado en los resultados de los ensayos de
laboratorio de suelos, así como en la cantidad de vehículos que circulan
por esta calle.
5.4.2. Componentes estructurales del pavimento
Los pavimentos están constituidos por diferentes componentes, los
que a continuación se mencionan:
5.4.2.1. Capa de rodadura También llamada carpeta de rodadura, esta capa es la receptora
directa de la carga aplicada por los vehículos, es la parte superior de
la estructura de un pavimento y tiene como objetivo principal dar
mayor soporte y proteger las estructuras o capas inferiores, para evitar
su deterioro.
42
5.4.2.2. Base Sobre ésta se coloca la carpeta de rodadura, las cargas transmitidas
directamente de la capa de revestimiento, son distribuidas a las capas
inferiores con menor intensidad.
5.4.2.3. Sub - Rasante Es la capa de terreno de una carretera que soporta la estructura del
pavimento y que se extiende hasta un profundidad en que no le afecte
la carga de diseño que corresponde a la estructura prevista.
5.4.2.4. Bombeo El bombeo transversal es la pendiente necesaria para evacuar el agua
hacia las orillas de la carretera y llevarla hacia los tragantes o cunetas.
La pendiente de bombeo en este caso será del 3% hacia un lado.
Figura 4. Sección transversal típica
43
5.4.3. Parámetros de diseño
La Asociación del Cemento Pórtland (P.C.A.) proporciona dos
métodos de diseño para determinar el espesor de losas que resistan las
cargas de tránsito para calles y carreteras con pavimentos rígidos. Estos
métodos son:
• Método de capacidad, es el método de diseño en el cual se utilizan
datos de carga-eje, obtenido por medio de estaciones de control
vehicular para conocer el peso de los vehículos que por el lugar
circulan.
• Método simplificado, es un procedimiento de diseño en el cual no se
utilizan estaciones de control vehicular y se pueden diseñar losas con
y sin bordillos.
Para el diseño del espesor y dimensionamiento del pavimento rígido
de la Aldea Cuchilla del Carmen, se utilizó el método simplificado, por no
ser posible encontrar datos reales de tránsito.
Para la aplicación del método simplificado, la P.C.A. ha elaborado tablas,
en las cuales señala diferentes categorías, que dependen principalmente
del tipo de tránsito al cual será sometido el pavimento.
44
Tabla VIII. Categorías de tránsito en función de cargas por eje
Categoría de ejes TPDA
Cargados % Por día Eje Sencillo Eje doble
1Calles residenciales, caminos rurales y secundarios (de bajo a medio)
200-800 1 AL 3 1 a 25 22 36
2Calles colectoras, caminos rurales y secundarios (arterias principales)
700-5000 5 AL 18 40 a 1000 26 44
3Caminos Primerios, arterias principales y calle urbanas rurales
3000-12000 8 AL 30 500 a 1000 30 52
4Arterias principales carreteras principales y vías urbanas
3000-20000 8 AL 30 1500 a 8000 34 60
Categorías de tránsito en función de cargas por eje
TPPD Carga máxima por eje
TRÁNSITO
5.4.3.1. Período de diseño
El período de diseño utilizado en la pavimentación de la calle principal de
la aldea el ranchito será de 20 años, por considerar que aproximadamente la
vida útil de los materiales empleados es de 20 años.
5.4.3.2. Diseño de la base
Para la base se consideraron los resultados de los ensayos realizados
en el laboratorio y se determinó que el suelo tiene un valor medio para
utilizarlo como sub-rasante, por lo tanto se determinará el espesor de la base
según las especificación correspondientes.
45
5.5.3.3. Diseño de espesor del pavimento
Para el diseño del espesor del pavimento se deben seguir los siguientes
pasos:
• Determinación de la categoría de la vía
Como se determinó anteriormente, la tabla de categorías depende del
tránsito y del lugar de la carretera, se determinó utilizar la categoría 2, ya que
pertenece a calles colectoras, caminos rurales y secundarios.
• Determinar el tipo de junta para el pavimento
La junta longitudinal que llena mejor las necesidades es la dovelada, tipo
macho-hembra, se seleccionó este tipo de junta que es la mejor transmite los
esfuerzos de un carril a otro.
• Determinar el módulo de ruptura del concreto
El paso de vehículos sobre las losas de concreto produce esfuerzos de
flexión y compresión. Los esfuerzos de compresión son mínimos y no
influyen en el grosor de la losa, pero los de flexión se determinan por módulo
de ruptura. Una buena aproximación del módulo de ruptura es dentro de 10
y 20 por ciento de la resistencia a compresión.
La resistencia de compresión utilizada para este tramo es de 3000 psi,
se determinó un 20 por ciento el módulo de ruptura es decir, 3000 psi * 0.20
= 600 psi.
46
Tabla IX. Relación de soporte de California (C.B.R.)
100 150 200 250 300 400 500 600 700
10 20 30 40 50 60
2 3 4 5 6 7 8 9 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 9
MODULO DE REACCIÓN DE LA SUBRASANTE - k Lbs./plg3
VALOR SOPORTE Lbs./plg3
RELACIÓN SOPORTE DE CALIFORNIA (C.B.R.)
0 Tabla X. Valores de k para diseño sobre bases granulares (de PCA)
Espesor Espesor Espesor Espesor
10 cm. 15 cm. 20 cm. 30 cm.
50 65 75 85 110
100 130 140 160 190
200 220 230 270 320
300 320 330 370 430
VALOR DE K SOBRE LA BASE LB/PULG3VALOR DE K
DE LA SUBRASANTE LB/PLG3
• Determinar el módulo de reacción “K” de la sub-rasante
Con los datos de laboratorio se obtuvo un C.B.R. de 89 al 100% de
compactación, con este valor, se busca en la tabla de relación de soporte
California y el módulo de reacción de la sub-rasante y observa que es el de
150 lb/pulg3.
47
• Valor soporte del suelo
El valor soporte del suelo se considera como medio según los estudios
de laboratorio realizados.
• Determinar el espesor de losa de concreto
Por considerarse una calle de categoría 2 y con bordillo incorporado, se
busca al lado derecho de la tabla de determinación de espesor, el soporte de
la sub-rasante y la base, alineándolo con el sector que corresponde a un
fuertes, otras tormentas severas, tornados, inundaciones), 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
internas, las cuales pueden ocasionar inundaciones; asimismo
provocan deslizamientos, los cuales pueden ocasionar refregamiento
de ríos e inundaciones progresivas y la rotura de las represas, que
causan inundaciones turbulentas y crecidas.
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
60
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.
6.1.3.1. Desastre natural
Un desastre natural sucede cuando la ocurrencia de un fenómeno
natural afecta a un sistema vulnerable. Los fenómenos naturales en si no
provocan necesariamente desastres. Es solo 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.
Aunque el mundo siempre ha estado expuesto a los desastres
naturales, sus efectos se están volviendo cada vez más severos.
Esta tendencia mundial esta 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 perdidas 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 todo; pueden asimismo
reblandecer los suelos saturados (debido a la vibración); reducen la
capacidad de sustentación de fenómenos combinados con la ondulación del
61
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 comunidades y de
las vías de acceso.
6.1.4. 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 tiene uniones rígidas.
Los daños en las tuberías de agua potable y drenaje sanitario
producen, por lo común, afloramiento de agua en zonas cercanas a la 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.
62
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.
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 el segundo, la vulnerabilidad de las obras hechas por
el hombre para soportar, con daños tolerables, tales acciones.
6.2. Vulnerabilidad de los proyectos
6.2.1. 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 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 de
enfrentarlos.
6.2.2. Calificación 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)
63
Los estados Ej son previamente definidos a conveniencia y descritos
en forma explicita. 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; equipos operativo
E3 = daños reparables; equipo no operativo
E4 = daños graves o ruina; equipo fuera de servicio
Sea:
P = Probabilidad
Ej = Sistema
Ai = Amenaza
Debe realizarse un estudio de análisis de vulnerabilidad de 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.
6.2.3. Estimación de la vulnerabilidad
En diversos trabajos, la vulnerabilidad de sistemas de tuberías a las
acciones sísmicas ese expresa por el numero 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.
64
6.2.4. 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.
6.2.5. 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 Consejo Municipal.
65
Los principales factores de vulnerabilidad administrativa tienen
relación en 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.
La coordinación interinstitucional es fundamental en la atención de
emergencias y desastres, porque si no hay coordinación, el resultado es un
caos que afectara 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 repuesta oportuna en caso de impacto de un fenómeno
natural.
66
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 estas, por la falta de información, asignación de
mas 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.
6.2.6. 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 normal.
6.2.7. 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;
67
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 componentes 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.
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 solo 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.
68
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. Las
estructuras de concreto sufren, en mayor o menor grado,
agrietamiento 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 causes de los ríos, quebradas y terrazas inundadles existe el
riesgo de rotura y daños de las tapas en los tanques o pozos de visita,
y falla de estructuras por asentamientos del terreno por inundaciones.
6.2.7.1. 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 solo 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
69
esenciales de la red de alcantarillado; y requiere, en cambio, ayuda
financiera externa cuando las tareas son de gran magnitud.
6.2.7.2. 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 esta sucediendo.
Es muy probable que aquellas comunidades que si están conscientes
de los peligros, y que suben como responder ante los mismos, surjan menos
pérdidas humanas y daños a la propiedad. La coordinación mas 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 funcionaran en la práctica y no solamente cuando están
plasmadas en el papel.
6.3. Medidas de mitigación de los proyectos
6.3.1. 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.
70
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, es
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. Así mismo, 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 del lugar en cuestión.
71
6.3.2. 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.
72
CONCLUSIONES
1. Una de las mejores maneras para adquirir conocimiento de campo es
el Ejercicio Profesional Supervisado y, también, es una forma de
ayudar a las comunidades que más lo necesitan.
2. En la aldea El Ranchito es urgente que se realice la construcción de
un sistema de drenaje sanitario para reducir el riesgo de
enfermedades producidas por el desfogue de aguas servidas hacia las
calles, la proliferación de insectos, el mal olor y el ornato de la aldea.
3. En la aldea El Ranchito es necesario el tratamiento adecuado de la
calle, pues, en tiempo de invierno el paso se hace imposible por el
lodo que se forma con las lluvias y, en tiempo de verano, el exceso de
polvo puede provocar daños pulmonares a la población.
4. La mejor manera de poder conservar el pavimento rígido es mediante
un diseño de drenaje pluvial, el cual evitará la penetración del agua
hacia la base del pavimento, causando de esta manera la falla del
mismo.
73
74
RECOMENDACIONES
1. En el proyecto de drenaje sanitario es muy importante el
mantenimiento porque, de esta manera, se podrá brindar un servicio
eficiente durante su período de diseño y, así, mantener un mejor nivel
de vida para los habitantes de la aldea.
2. Para mantener la vida útil del proyecto, debe de haber supervisión
correcta en el proyecto de pavimentación de la aldea El Ranchito, así,
también, como brindar mantenimiento de limpieza y bacheo, para
lograr con esto su buen desempeño.
3. Tomar en cuenta la incidencia de los desastres en los proyectos, por
que de esta manera se podrá tener un parámetro de los diversos
daños que pueden sufrir, por lo tanto es ideal estableces planes para
la reducción a la vulnerabilidad y procedimientos para el
reestablecimiento y funcionamiento lo más rápido posible.
4. Deben de darse cursos de emergencia y capacitación al personal de
manteamiento de proyectos, logrando, así, un mejor y más rápido
servicio a los vecinos.
75
76
BIBLIOGRAFÍA
1. Contreras Barrientos, Walter Giovanni. Aplicaciones de Microsoft
Excel al diseño, cálculo y estimación de costos de sistemas de alcantarillado en la República de Guatemala. Tesis de Ingeniería Civil. Guatemala, universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería, 2000.
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Proyectos Programa III KFW. Manual del INFOM. Guatemala, 2000. 3. Instituto Nacional de Estadística. Características de la Población y
de los Locales de Habitación Censados. Censos Nacionales XI de Población y VI de Habitación 2002. Guatemala, 2003.
4. Nij Reyes, César Alfredo. Diseño de alcantarillado para las colonias
El Shoropín y La Colina de la ciudad de Chiquimula. Tesis de Ingeniería Civil. Guatemala, universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería, Noviembre 2002.
5. Carrera Rípiele, Ricardo Antonio. Apuntes de Ingeniería Sanitaria 2.
Tesis de Ingeniería Civil. Guatemala, universidad de San Carlos, Facultad de Ingeniería, 1989. 135 pp.
De P.V. A P.V. Cotas Terreno D.H. S% Terreno No. Casas Habitantes a Servir
Rel q/Q
Rel v/V Vel 0.4 -3 Cota Invert Volumen de Excavacion
F.H. Q Diseño (lit/seg) Diametro (pulgadas)
Sec. Llena
81
82
83
84
85
ESTUDIO DE MERCADO PROYECTO DRENAJE SANITARIO, DRENAJE PLUVIAL Y
PAVIMENTACION COLONIA VISTA AZUL – EL RANCHITO – ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
ENCUESTA
1. ¿Cuántos habitantes hay en su familia, que sean residentes de ésta
comunidad?
2. ¿Qué medio de transporte utiliza para circular dentro y fuera de su
comunidad?
3. ¿Considera usted, que la falta de drenajes afecta la salud de la
comunidad?
4. ¿Qué tipo de enfermedades son las más comunes debido a la falta de
drenajes?
5. En época de invierno, ¿Afecta el tránsito por la carretera, debido a las
lluvias? ¿cómo?
6. ¿Tiene problemas de inundación en su vivienda en época de invierno?
7. ¿Posee conexión de drenaje Sanitario o fosa séptica?
8. ¿Le gustaría ser un colaborador en la realización de este proyecto?
9. ¿Considera usted necesario y funcional este proyecto?
10. ¿En qué le beneficiaria este proyecto?
Datos de encuestado: Nombre: __________________________________________________________ Edad: ____________________ Tiempo de Vivir en la comunidad: ____________ Fecha:____________________
60.00
PLANTA TOPOGRAFICA SECTOR EL RANCHITO
ESCALA GRÁFICA 50.0030.0010.00
20.000.00 40.00
90.0070.00
100.0080.00
4.226B6 15°48'58"
2.29
8.81
6
6
6D
6C
211°56'30"
111°40'52"
43.45
2.81
5
6 6A
6
5 5.195C 158°44'52"
282°50'3"
336°47'17"
2.652 2B 180°51'20"
4 2.964A 34°2'43"
3.054 4D 202°59'17"
131.94
3.40
5.22
4
5
5
5A
5
5B
183°55'28"
328°6'33"
130°57'14"
4.16
5.13
4
4
4C
4B
177°12'53"
83°18'12"
111.60
2.663
3
3D
4
3 3.353C 40°6'7"
178°47'32"
94°52'21"
127.91
3.84
3.88
2
3
3
3
3A
3B
93°14'30"
312°31'27"
332°6'35"
2.54 180° 21' 00"1B1
3.06
67.35
2
1
2A
2
6° 15' 34"
90° 45' 37"
DISTANCIAP.O.
2.76
EST.
1 1A 0° 21 0"
AZIMUT
86
ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
PLANTA DE PAVIMENTACIÓN SECTOR EL RANCHITO
ESCALA GRÁFICA
60.0020.000.00 40.00 100.0080.00
10.00 30.00 50.00 70.00 90.00
87
ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
70.00
PLANTA DE CAMINAMIENTO SECTOR EL RANCHITO
0.00 20.00 40.00 60.00
ESCALA GRÁFICA 30.0010.00 50.00
80.00 100.00
90.00
88
PERFIL EJE A SECTOR EL RANCHITO ALDEA CUCHILLA DEL CARMENALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
PERFIL EJE B SECTOR EL RANCHITO
PLANTA EJE - A SECTOR EL RANCHITO ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN PLANTA EJE - B SECTOR EL RANCHITO
0.00 100
SECCION TIPICA DE PAVIMENTO DE ASFALTOSIN ESCALA
ESCALA GRÁFICA 50
89
90.00
100.0080.00
50.0010.00 30.00ESCALA GRÁFICA
60.0040.0020.000.00
70.00
P-1C3
P-1C2
P-1C1
P-1B2
P-1B1
P-A2
101°36'25.25"47.02P-1C2
3°59'28.64"66.045P-1C1
3°18'59.19"66.045P-1
94°48'0.00"52.205P-1B1
94°48'0.00"52.205P-1
272°20'2.2579.3209P-1A1
P-1 P-1A1 78.85 273°45'0.00"
EST. P.O. DISTANCIA AZIMUT
ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN PLANTA TOPOGRAFICA DRENAJE SANITARIO
90
70.00
0.00 20.00 40.00 60.00
ESCALA GRÁFICA 30.0010.00 50.00
80.00 100.00
90.00
PLANTA DE CAMINAMIENTO SECTOR EL RANCHITO ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN
91
90.00
100.0080.00
50.0010.00 30.00ESCALA GRÁFICA
60.0040.0020.000.00
70.00
ALDEA CUCHILLA DEL CARMEN PLANTA DE PAVIMENTACIÓN SECTOR EL RANCHITO