Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil DISEÑO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE DE LA ALDEA SEPUR Y DISEÑO DEL CAMINO VECINAL QUE UNE LAS ALDEAS AGUA CHIQUITA, SAN MIGUEL I Y II EN EL MUNICIPIO DE SAYAXCHÉ, PETÉN LÚDIN JOSELITO HERNÁNDEZ MARROQUÍN Asesorado por: Ing. Luis Gregorio Alfaro Véliz Guatemala, noviembre de 2005
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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE DE LA ALDEA SEPUR Y DISEÑO DEL CAMINO VECINAL QUE UNE LAS ALDEAS AGUA CHIQUITA, SAN MIGUEL I Y II EN EL MUNICIPIO DE SAYAXCHÉ, PETÉN
LÚDIN JOSELITO HERNÁNDEZ MARROQUÍN
Asesorado por: Ing. Luis Gregorio Alfaro Véliz
Guatemala, noviembre de 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE DE LA ALDEA SEPUR Y DISEÑO DEL CAMINO VECINAL QUE UNE LAS ALDEAS
AGUA CHIQUITA, SAN MIGUEL I Y II EN EL MUNICIPIO DE SAYAXCHÉ, PETÉN.
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
LÚDIN JOSELITO HERNÁNDEZ MARROQUÍN
ASESORADO POR: ING. LUIS GREGORIO ALFARO VÉLIZ
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, NOVIEMBRE DE 2005
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 Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazmínda Vides Leiva
SECRETARIA Inga. Marcia Ivonne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
EXAMINADOR Ing. Luis Gregorio Alfaro Véliz
EXAMINADOR Inga. Christa Classon de Pinto
EXAMINADOR Ing. Oswaldo Romeo Escobar Álvarez
SECRETARIO Inga. Marcia Ivonne Véliz Vargas
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 SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE DE LA ALDEA SEPUR Y DISEÑO DEL CAMINO VECINAL QUE UNE LAS ALDEAS
AGUA CHIQUITA, SAN MIGUEL I Y II EN EL MUNICIPIO DE SAYAXCHÉ, PETÉN,
tema que me fuera asignado por la Dirección de Escuela de Ingeniería
Civil con fecha 4 de marzo de 2005.
_________________________
Lúdin Joselito Hernández Marroquín
ACTO QUE DEDICO A:
Mis padres Felipe de Jesús Hernández Luna y
Vilma Celia Marroquín Martínez (QEPD)
por su apoyo, esfuerzo, comprensión y
cariño.
Mis hermanos Elmer Eliud, Elder Alexander y Lilian
Marubeny, por el apoyo que siempre me
han brindado.
Mi tía Loyda Esmirna Marroquín Martínez, por su
cariño y sus consejos.
Mis amigos Con afecto por la comprensión que
siempre me brindaron.
La Facultad de Ingeniería Con gratitud por la formación profesional.
AGRADECIMIENTOS A:
Dios Por darme la sabiduría necesaria para alcanzar
esta meta.
Mis Padres Por el arduo trabajo realizado con el fin de
proporcionarme el recurso para alcanzar mis
metas.
Mis Hermanos
Ing. Luis Alfaro Véliz
Familia García Peláez
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES…………..…………………………………………...V
OBJETIVOS…………...……………………………………………………………...VII
JUSTIFICACIÓN…………….………………………………………………………..IX
INTRODUCCIÓN………..……………………………………………...…….……....XI
1. DISEÑO DE LA RED DE DISTRIBUCIÓN DE AGUA POTABLE
1.1 Monografía…………………………………………………………………...….1
1.1.1 Características del lugar………………………………………...…...…1
Altura del pedestal h = 3ª, a = ancho de pedestal.
H = 3*0.4 = 1.2
5.4 Refuerzo del pedestal: Permite determinar con certeza qué tipo de columna es el pedestal. El
código de ACI señala los siguientes parámetros:
Si E < 21, entonces es columna corta,
Si 21 < E < 100, es columna intermedia
Si E > 100, es columna larga.
Para calcular la relación de esbeltez de una columna de debe aplicar la
siguiente fórmula:
E = K/r * Lu
K = factor de pandeo, que se tomará = 1
Lu = longitud libre entre apoyos,
r = radio de giro de la sección.
El radio de giro se calculará de acuerdo con:
r = 0.3 para columnas cuadradas o rectangulares
r = 0.25 para columnas circulares.
- 25 -
E = 1 * 1.2 / 0.3 = 4.00 < 21, es una columna corta.
Carga axial:
Se considera despreciable el momento causado por la componente
horizontal de la carga total de la columna, debido a que el ángulo de inclinación
de la columna metálica transmisora de la fuerza es muy pequeño.
El código ACI propone la siguiente fórmula para el cálculo de la
resistencia última a compresión para una columna corta:
Pu = Φ ( 0.85f´c(Ag – As) + ( Fy * As))
Pu = resistencia última de la columna
Φ = factor de compresión = 0.70
Ag = área de la sección de la columna
As = área de acero en cm2
f´c = resistencia nominal del concreto en kg/cm2
Fy = resistencia a fluencia del acero en kg/cm2
Se tomará f´c = 210 kg/cm2 y se usará acero grado 40.
Se probará con el acero mínimo, para el cual es código ACI específica el
1% del área de la sección:
A = 0.4 * 0.4 = 0.16 m2 = 1600 cm2
As = 0.01*1600 = 16 cm2
Pu = 0.7(0.85*210(1600-16)+(2810*16))
= 229392.8 kg = 505664.16 lb.
- 26 -
Pu con 1% de acero > Peso / Columna.
Para el refuerzo mínimo por corte, el ACI señala un espaciamiento
mínimo por corte igual o menor que la mitad del lado más corto del pedestal y
un recubrimiento mínimo de 5 cm.
Espaciamiento por corte:
S <= d/2, d = ancho de columna – recubrimiento
d = 0.4-0.05 = 0.35 m = 35 cm.
S = 35/2 = 17.5 cm.
Por lo tanto se usarán 8 varillas de 5/8”, con estribos de 3/8”, espaciados
a cada 15 cm.
5.5 Diseño de zapatas: Para el cálculo de estabilidad, se obtendrá primero el momento de volteo
respecto a la base de apoyo.
MV = Fs * H
Me = PT * 3600 * L
MV = Momento de volteo (Ton-m)
Me = Momento estabilizante (Ton-m)
Fs = Fuerza de sismo
H =altura de la base del pedestal de la zapata hasta la mitad del depósito
PT = Peso total de la estructura.
- 27 -
L = Separación entre dos columnas consecutivas.
Al existir fuerzas laterales actuando, éstas provocan el momento de
volteo, este momento provoca el desplazamiento del peso de la estructura del
eje del soporte una distancia Xu.
Xu = MV / PT
La estabilidad del conjunto estará asegurada cuando se cumpla la
siguiente condición:
Xu < L * 1/6
Donde L es el diámetro a centro de columnas, y también cuando la
relación entre momento estabilizante y el momento de volteo sea mayor o igual
que 1.5.
CE = Me / MV
CE = coeficiente de estabilidad > 1.5
Peso de la estructura:
Peso del pedestal = Vol. * γConcreto
= 0.4m*0.4m*1.2m*2400kg/m3
= 460.8 kg
PT = PDepósito + PTorre + PPedestal
- 28 -
= 22150 kg + 460.8 kg
= 22610.80 kg = 22.61 Ton.
Verificación por volteo:
La carga de sismo se tomará como Fs = 10% PT
Fs = 2.261 Ton.
H = 1.20 + 18.00 = 19.20 m
MV = Fs * H
= 2.261 * 19.20 = 43.41 Ton-m
Xu = MV / PT
= 43.41 / 22.61
= 1.92 m
Xu < L / 6 L/6 = 8.125/6 = 1.354
Cálculo de las cargas:
F´c = 210 kg/cm2
L = 0.40 m = ancho de pedestal.
P cuerpo del tanque = 8000 kg
P líquido = 75000 kg
Carga Muerta = 8 Ton / 4 = 2 Ton.
Carga Viva = 75 Ton/ 4 = 18.75 Ton
- 29 -
Dimensionamiento de la zapata: Azap = Pt / VS
Pt = Carga de trabajo
A´zap = (Cm + Cv)/ Vs
= (2 + 18.75)/15 = 1.38 m2
Azap = Factor * A´zap
Factor = 20% de incremento por flexión
Azap = 1.20 * 1.38 = 1.66 m2
L = Raiz ( Azap ) = Raíz ( 1.66 ) = 1.29 m.
L = 1.50 m.
Carga de diseño:
Pd = Pu / Azap Pd = Carga de diseño
Pu = 1.4Cm + 1.7Cv
= 1.4 * 2 + 1.7 * 18.75
= 34.68 ton
Pd = 34.68 / 2.25 = 15.41 ton/m2
Verificación por flexión:
- 30 -
Vc = 0.85 * 0.53 * Raíz ( f´c ) * b * d
Vu = Pd * Área = L * d
Vc = resistencia última del concreto por corte.
Vu = esfuerzo de corte actuante.
Verificación : Vc > Vu
Vc = 0.85 * 0.53 * Raíz(210) * 150 * d/1000
= 979.25 * d/1000
Vu = 15.41 * 1.50 * (((1.50-0.4)/2)-d/100)
= 23.115 * (0.55 – d/100)
Utilizando d = 40.00 cm,
Vc = 39.17 Ton
Vu = 3.47 Ton
Verificación por punzonamiento : Vc = 0.85 * 1.06* b * Raíz210
Vu = Pd ( Azap – Apz )
d = espesor asumido = 40 cm = t
= t – recubrimiento – ø/2
= 40 – 5 – 1.59/2 = 34.205 cm
bo = Perímetro punzonante
= 4 * ( 40 + d ) = 4 * 74.205 = 296.82 m2
- 31 -
Apz = (40 + d/100)2
= (57.10/100)2
Vc = 0.85 * 1.06 * d/1000 * bo * Raíz210
= 155.02 Ton.
Vu = Pd ( Azap – Apz )
= 15.41 * (1.50 * 1.50 – 0.33)
= 29.59 Ton.
Diseño del acero de refuerzo: M = Pb * L2 /2
L = (l/2 – n/2)
l/2 = longitud media de la zapata
n/2 = longitud media de la sección de la columna
M = 15.41 * (1.5/2 – 0.40/2)2 / 2
= 2.33 Ton-m = 2330.80 kg-m
As = M / (β * f´c (d – t))
d = 34.205 cm
b = 150.00 cm
f´c = 210 kg/cm2
Fy = 2810 kg/cm2
M = 2330.80 kg-m
- 32 -
β = 0.85
As = 233080 / (0.85 * 210 (34.205 – 2.5))
= 41.18 cm2
Armado = # 8 @ 0.12 ambos sentidos.
Como factor de seguridad se aumentará el tamaño de las zapatas de la
siguiente manera:
Lado de la zapata = 2.00 m
Peralte = 0.50 m.
1.3. TRATAMIENTO DEL AGUA
El agua se trata para eliminar las bacterias patógenas, sabores y olores
desagradables, partículas así como color y dureza y reducir los niveles de
cualquier contaminante cuando es necesario cumplir con normas de calidad de
agua. Algunos de los métodos más comunes de tratamiento son la
sedimentación simple y almacenamiento, coagulación-sedimentación, filtración
lenta y rápida en arena, desinfección y suavización.
El almacenamiento del agua durante mucho tiempo reduce la cantidad de
bacterias y materias granuladas que producen enfermedades, pero las
condiciones económicas suelen obligar a proveedores de agua a utilizar
métodos más eficaces de tratamiento, como los citados arriba.
- 33 -
Los olores y sabores desagradables del agua se eliminan por
oxigenación. Las bacterias se destruyen añadiendo algunos miligramos por litro
de cloro, y el sabor del cloro se elimina con sulfito de sodio.
La dureza excesiva del agua, que la hace inservible para muchos usos
industriales, se consigue reducir añadiendo cal débil o hidratada, o por un
proceso de intercambio iónico, utilizando ceolita como ablandador. La materia
orgánica en suspensión, con vida bacteriana, y la materia mineral en
suspensión, se eliminan con la adición de agentes floculantes y precipitantes,
como alumbre, antes del filtrado.
La fluoración artificial del agua para consumo público se lleva a cabo en
algunos países para prevenir la caída de los dientes.
SUAVIZACIÓN DEL AGUA La presencia de bicarbonato, carbonatos, sulfatos y cloruros de calcio y
magnesio en el agua, produce dureza. Las tres clasificaciones principales de
dureza son:
a. Dureza de carbonato (temporal) ocasionada por bicarbonato.
b. Dureza sin carbonato (permanente).
c. Dureza total.
Las plantas municipales para tratamiento suelen usar ya sea el proceso de
cal-sosa (precipitación) o el proceso de intercambio de base (zeolita), para
reducir la dureza del agua a menos de 100 mg por litro de CaCO3 o su
equivalencia.
- 34 -
En el proceso de cal con sosa, se agrega cal viva (CaO) al agua, cal
hidratada (Ca(OH)2) y sosa comercial (Na2CO3) en cantidades suficientes para
reducir la dureza a un nivel aceptable. Las cantidades de cal y sosa necesarias
para suavizar una dureza residual pueden determinarse con el uso de
equivalentes en peso de productos químicos, tomando en cuenta que los
grados comerciales de cal y de cal hidratada comprenden 90% y 68% de CaO,
respectivamente. En el agua tratada queda una dureza residual de 50 a 100 mg
por litro, debido a la poca solubilidad de CaCO3 y del Mg(OH)2. la dureza del
agua se expresa en granos por galón (gpg) o en miligramos por litro (mg/litro)
de CaCO3, en donde 1 gpg = 17.1 mg/litro.
Las reacciones químicas para los procesos más comunes de suavización
con sal sodada son:
CO2 + CaO → CaCO3 ↓
Ca(HCO3)2 + CaO → 2CaCO3 ↓ + H2O
MgSO4 + CaO + H2O
→ Mg(OH)2 ↓ + CaSO4 (soluble)
CaSO4 (soluble) + Na2CO3
→ CaCO3 ↓ + NaSO4
Como las partículas de carbonato y de hidróxido de magnesio se
sedimentan en estanques de sedimentación, proveen instalaciones para extraer
y eliminar las partículas. La acumulación de CaCO3 de del Mg(OH)2 sobre los
granos de arena, en los depósitos de agua clarificada y en las tuberías de
distribución, puede evitarse con la recarbonización con CO2 antes del
tratamiento con filtro de arena.
- 35 -
DESINFECCIÓN CON CLORO
El cloro en forma líquida, gaseosa o de hipoclorito, es el principal
producto químico para destruir las bacterias en fuentes de agua. Otros
desinfectantes son el yodo, el bromo, el ozono, dióxido de cloro, la luz
ultravioleta y la cal viva.
La reacción del cloro con el agua es:
Cl2 + H2O ≈ H+ + Cl- + Col
El ácido hipocloroso (HOCl) reacciona con la materia orgánica de las
bacterias para formar un complejo clorado que destruye las células vivas.
La cantidad de cloro agregada al agua depende de la cantidad de
impurezas por eliminar y del residuo deseado de cloro en el agua. En las
corrientes de descarga de la plantas de tratamiento de agua, se mantiene un
residuo de cloro de 0.1 ó 0.2 mg por litro como factor de seguridad en el agua
mientras se envía al consumidor.
La preocupación por la formación de trialometado después de la
cloración de las aguas que contiene cantidades apreciables de material
orgánico ha estimulado la investigación de desinfectantes alternativos. Los
candidatos principales son el ozono y el dióxido de cloro. Han de investigarse
los beneficios del ozono para plantas de tratamiento nuevas o modificadas, en
particular si hay problemas de color, sabor y olor en las aguas sin tratar.
- 36 -
2. CAMINO VECINAL DE LAS ALDEAS AGUA CHIQUITA, SAN MIGUEL I Y II 2.1. RUTAS DE ACCESO A LAS COMUNIDADES Las comunidades mencionadas, por estar ubicadas a pocos kilómetros
del límite del municipio con los municipios de Dolores, Poptún y San Luis,
cuentan con varias rutas de acceso, las cuales se detallan en la figura No. 1.
2. MONOGRAFÍA
Ubicación:
Sayaxché es un municipio del Departamento de Petén, con un área
aproximada de 3,904 Kms2, colinda al norte con el municipio de La Libertad; al
este con los municipios de San Francisco, Dolores, Poptún y San Luis; al sur
con el Departamento de Alta Verapaz, y al oeste con el vecino país de México.
La cabecera municipal se encuentra a 125 metros sobre el nivel del mar, y su
ubicación geográfica corresponde a las coordenadas siguientes: Latitud
16°31’16” y longitud 90°11’23”.
Localización:
Las aldeas beneficiadas con la carretera se encuentran ubicadas al
sureste de la cabecera municipal y a orillas del río San Juan. Las coordenadas
son las siguientes: Latitud 16°23’00” y longitud 89°53’00”.
- 37 -
De la ciudad de Guatemala a la aldea se recorren 604 kilómetros. De la
ciudad capital hacia la cabecera municipal de Sayaxché, Petén se recorren 565
kilómetros por carretera asfaltada. De la cabecera municipal a la aldea se
recorren 50 kilómetros de asfalto en buenas condiciones y 89 kilómetros de
terracería.
Características Económicas:
La población beneficiada directamente asciende aproximadamente a
1400 personas que dependen económicamente de la agricultura, percibiendo
salarios mínimos para satisfacer sus necesidades básicas, situación por la cual
se presenta en los hogares la necesidad de que otros miembros de la familia
contribuyan laboralmente.
2.3. PRELIMINAR
2.5.2 SELECCIÓN DE RUTA
El trazo de una carretera tiene dos puntos fijos: el inicial y el final; entre
los cuales se pueden definir varias opciones de ruta, de las cuales se toma la
que mejor se adapta a las necesidades y posibilidades que se tengan.
Para la selección de ruta es importante conocer: la geología y el suelo,
erosión, vías de comunicación existentes, etc., mientras en el trabajo de la
hidrografía interesa: cuencas, precipitación de la región, densidad de
vegetación, patrón de drenaje e información acerca de intensidad, duración y
frecuencia de la precipitación.
- 38 -
En el caso del presente proyecto no fue necesario un estudio detallado
de los parámetros mencionados en el párrafo anterior, ya que se sabe que no
es una zona lluviosa y que el suelo es usado principalmente para agricultura y
ganadería, por lo que la densidad de vegetación es muy poca.
Los problemas mas frecuentes en la selección de rutas en zonas
montañosas, son las pendientes y atravesar las quebradas. El presente diseño
no ocasiono mayor problema con las pendientes, ya que la mayor pendiente
obtenida fue de 10.29% en un tramo muy corto.
Debido a que los vecinos beneficiados conocen profundamente el área
alrededor de sus aldeas, fueron ellos los que propusieron la ruta que más se
ajustaba a sus necesidades, y después de una inspección visual por parte del
encargado del diseño se decidió aceptar la propuesta recibida por parte de los
habitantes de dichas aldeas, pues no se presentaba ningún accidente
geográfico mayor que pudiera dificultar el diseño ni elevar el costo del proyecto
innecesariamente.
2.3.2 LEVANTAMIENTO TOPOGRÁFICO
Se llama levantamiento topográfico al levantamiento de la línea
preliminar seleccionada, siguiendo las señales indicadas en el reconocimiento;
el levantamiento consiste en una poligonal abierta, formada por ángulos y
tangentes donde se deberá establecer lo siguiente:
a) Establecer un punto de partida.
b) Establecer azimut o rumbo de salida.
c) Establecer coordenadas de salida.
- 39 -
d) Establecer cota de salida del terreno.
Para este levantamiento se usaron los métodos de deflexiones doble y el
método taquimétrico con un teodolito digital con precisión de 5 segundos.
Después de desarrollar la libreta de campo se obtuvieron resultados para
dibujar el perfil del terreno y las secciones transversales, los resultados del
desarrollo de la libreta se muestran en los anexos.
2.4. DISEÑO DE LOCALIZACIÓN
Consiste en diseñar la línea final o línea de localización. La cual será la
definitiva para el proyecto, proporcionando todos los datos que surjan de ésta al
ejecutor para que se proceda a ubicarla en el campo.
Se fijó el cruce de carretera a nivel con el camino que conduce de La
Reinita hacia La Lucha, se ubicaron los puntos obligados y se determinó que no
existen áreas con grandes peligros de derrumbes ni inundaciones, y se
procedió a seleccionar la línea de localización.
2.4.1 CAMINAMIENTO
El diseño de la línea de localización es un proceso de tanteos y
comparaciones. Lo primordial en este diseño es la seguridad del tránsito, por lo
cual no deben existir tangentes largas ni excesivas.
Se evitó pasar por ríos, ya que la colocación de estructuras mayores
eleva el costo del proyecto.
- 40 -
La topografía condiciona los radios de curvatura y velocidad de diseño, lo
cual hace que se considere la distancia de visibilidad, ya que la visibilidad
requiere de radios mayores que la velocidad en si. Para la velocidad de diseño,
se evitó el uso de la curvatura máxima permisible, se utilizaron curvas suaves,
dejando las curvas máximas en condiciones críticas.
Además de las consideraciones anteriores también es recomendable:
a) Evitar curvas de radios mínimos antes de entrar a un cruce de
caminos o algún otro elemento que pueda originar condiciones
desfavorables a la seguridad.
b) Evitar curvas demasiado largas al emplear radios muy pequeños,
especialmente cuando edificaciones, árboles o taludes de corte
puedan reducir la visibilidad.
c) Diseñar un alineamiento uniforme que no tenga quiebres bruscos
en su desarrollo. En este caso se evitaron curvas de radios
mínimos al final de tangentes demasiado largas; se evitaron estas
curvas también al final de un alineamiento de curvas de radios
grandes o en la parte de tramos de carretera con pendientes
fuertes en el alineamiento vertical.
d) En el diseño para terrenos ondulados es preferible un
alineamiento con curvas amplias en lugar de tangentes largas.
Como no existen condiciones críticas en este proyecto, no fue necesario
modificar gran parte de los elementos de la carretera.
- 41 -
Tomando en cuenta las condiciones anteriores, se prosiguió al diseño de
la línea de localización; las curvas se adaptaron lo mejor posible a las
características del terreno, moviendo constantemente las tangentes hasta que
el proyecto tuviera lógica, obteniendo al final las elevaciones y el caminamiento
de cada PI.
2.4.2 NIVELACIÓN DEDUCCIÓN DE PERFIL
Para deducir el perfil se marcaron estacionamientos a intervalos
regulares, se determinó la elevación de cada estación, estas elevaciones se
colocan en el perfil, uniendo las estaciones por medio de una línea punteada, se
logra tener el perfil del terreno; tomando en cuenta los puntos obligados y las
especificaciones, se diseña la subrasante.
El diseño de los alineamientos horizontal y vertical no se debe considerar
independientes uno del otro, debido a que ambos se complementan entre si.
Se consideró en este diseño una combinación de ambos alineamientos
ofreciendo la mayor seguridad, velocidad, facilidad y uniformidad en la
operación, además de una apariencia agradable dentro de los límites prácticos
del terreno y del área atravesada.
La máxima velocidad de diseño es la velocidad a que un vehículo puede
transitar con seguridad por una carretera trazada con determinadas
características geométricas.
- 42 -
La velocidad de diseño para este caso es de 40 km/h., la velocidad podrá
variar según las condiciones del terreno.
DISEÑO DE LA SUBRASANTE
La subrasante se proyectó sobre el perfil longitudinal del terreno,
tomando en cuenta las especificaciones de Dirección General de Caminos
(D.G.C.), anotando también los principios de curva, principios de tangente y los
grados de curva para facilitar la combinación de ambos alineamientos.
Para el diseño de la subrasante también se deberá tomar en cuenta lo
siguiente:
a) Pendiente máxima.
b) Pendiente mínima.
c) Longitud crítica de una tangente del alineamiento vertical.
d) Longitud de curvas mínimas
e) Condiciones topográficas
f) Chequeos por visibilidad, bombeo, seguridad y apariencia.
2.5. DISEÑO GEOMÉTRICO
2.5.1 CÁLCULO DE ELEMENTOS DE CURVAS HORIZONTALES
El cálculo de los elementos de las curvas es un procedimiento
matemático por medio del cual se definen totalmente las características
geométricas y trigonométricas de la línea de localización.
- 43 -
Debe hacerse lo más minuciosamente posible para que no existan
diferencias de lo efectuado en gabinete con lo que posteriormente se trazará en
el campo.
Antes de iniciar el cálculo se colocaran las coordenadas de los PI de la
preliminar. El trazado de la línea de localización fue basado en la línea de
preliminar, amarrando cada cierto kilometraje para que al calcular las
coordenadas pudiera comprobarse por medio de geometría y trigonometría que
los datos fueran exactos.
Luego de calcular las coordenadas de todos los PI de localización, se
procedió a calcular la distancia y el azimut entre PI y PI. Entre cada dos azimut
existirá un delta, ya sea hacia la derecha o izquierda.
En la mayoría de los cálculos para definir distancias o encontrarlas, se
hizo necesario calcular una intersección. Calcular la intersección consiste en
encontrar las distancias y las coordenadas del punto de intersección entre dos
rectas conociéndose un punto de cada una de ellas y su dirección. Se utilizan
las siguientes fórmulas:
X es la diferencia algebraica entre longitudes ( X2 – X1 )
Y es la diferencia algebraica entre latitudes ( Y2 – Y1 )
∆ es la deflexión entre ambas líneas (Delta)
- 44 -
Figura 2. Elementos del alineamiento horizontal.
Para el cálculo de los elementos de curva es necesario tener las
distancias entre los PI de localización, los deltas calculados y el grado de curva
(G) que será seleccionado a criterio del diseñador.
Las fórmulas utilizadas para el cálculo de los elementos de curva son los
siguientes:
Longitud de curva:
Es la distancia, siguiendo la curva, desde el principio de curva (PC),
hasta el principio de tangente (PT).
- 45 -
Subtangente:
Es la distancia entre el PC y el PI o entre el PI y el PT.
uerda Máxima:
Es la distancia en línea recta desde el PC hasta el PT.
xternal:
Es la distancia desde el PI al punto medio de la curva.
rdenada Media:
Es la distancia dentro del punto medio de la curva y el punto medio de la
acionamientos se calculan en base a las distancias entre los PI de
localiz
curva.
C
E
O
cuerda máxima.
Los est
ación, calculando una estación para cada PI, restando la estación del PI
menos la Subtangente se ubicará el principio de la curva (PC); sumando el PC
mas la longitud de curva se ubicará el principio de tangente (PT) al final de la
- 46 -
Est PC1 = Est PI1 – St1
Est PT1 = Est PC1 + Lc1
Tg = (Est PI2 – Est PI1) – (St1 + St2)
Figura 3. Elementos de curva horizontal simple.
Est PC2 = PT1 + Tg
Est PT2 = PC2 + Lc2
- 47 -
2.5.2 DISEÑO DE CURVAS VERTICALES
La finalidad de una curva vertical es proporcionar suavidad al cambio de
una pendiente a otra; estas curvas pueden ser circulares, parabólicas simples,
parabólicas cúbicas, etc. La que se utiliza en el Departamento de Carreteras de
la D.G.C. es la parabólica simple, debido a la facilidad de su cálculo y a su gr
adaptabilidad a las condiciones necesarias de operación.
Las especificaciones de la D.G.C. tienen tabulados valores para
longitudes mínimas de curvas verticales, en función de la velocidad de diseño y
de la diferencia algebraica de pendientes. Al momento del diseño se
consideraron las longitudes mínimas de curvas verticales; las cuales se
calcularon según la siguiente fórmula:
Visibilidad de Parada:
an
L = K * a
onde: L es la longitud mínima de curva vertical
esta respectivamente,
corrección máxima por curvas verticales está dada por:
d
k es la constante que depende de la velocidad de diseño
a es la diferencia algebraica de pendientes.
Las curvas verticales también pueden ser Cóncavas o Convexas. Según
su forma se les conoce como curvas en columpio o en cr
la
- 48 -
donde P2 es la pendiente de salida
P1 es la pendiente de entrada
L es la longitud de curva vertical.
La corrección para un punto cualquiera será:
En la D.G.C. se han tabulado valores constantes para determinar la
Tabla IV. Coeficientes k para diseño de curvas verticales. Velocidad en kph K para cóncava
donde X es la distancia del PIV a la estación deseada.
longitud mínima de curva vertical a usarse según la velocidad de diseño y si la
curva es cóncava o convexa, los cuales se muestran en la siguiente tabla:
K para convexa 20 1 2
30 2 4
40 4 6
50 7 9
60 12 12
70 19 17
80 29 23
90 43 29
100 60 36
2.5.3 SECCIÓN TÍPICA
La sección típica es la gráfica que muestra todos los elementos de la
sección transversal del camino. Las cuales se muestran en las siguientes
figuras:
- 49 -
- 50 -
Figura 4. ción pica.
Sec
tí
- 51 -
utilizar co se
iones de PIV) para después efectuar el cálculo de la elevación de la
iones del listado, y las correcciones por curva
tical.
Luego se procede a dibujar la sección típica con los datos de elevación
lte, el sobreancho y el corrimiento.
Seguidamente se determina el área de corte o relleno de cada sección
típica, tomando en cuenta la altura de limpia y chapeo que se debe remover, la
que generalmente se toma de 30 cm.
DETERMINACIÓN DE ÁREAS
Las formas de medir las áreas son: gráfica y analítica.
GRÁFICA
Esta forma consiste en determinar el área de corte o relleno que encierra
la gráfica de la sección típica, efectuándose la medida por medio del planímetro.
elevac
subrasante para todas las estac
ver
de subrasante ya corregida, el pera
2.6. VOLÚMENES DE CORTE Y DE RELLENO
Para llevar a cabo el cálculo del movimiento de tierra, el procedimiento a
nsiste inicialmente en hacer el listado de las estaciones de las que
poseen secciones transversales, las cuales fueron levantadas en el campo.
Luego se procede a identificar los PC y los PT de cada curva, así como el grado
de curvatura. A continuación se le coloca la velocidad a la que fue diseñada
cada una; con éste dato podemos pasar al siguiente paso que es el cálculo del
peralte, sobreancho y el corrimiento.
Luego se pasa al diseño y cálculo de la subrasante (pendientes y
ANALÍTICA
Con el ploteo de las secciones transversales podemos determinar las
coordenadas para cada punto referidas a la línea central de la misma y luego
por el método de los determinantes encontramos el área de manera exacta.
Ejemplo:
Figura 5. Cálculo de área de corte.
- 52 -
CÁLCULO DE VOLÚMENES
ior,
uando el tramo considerado es sólo corte o sólo relleno. La forma mas rápida
menes es obteniendo el promedio de las áreas por la
distancia entre las esta
Figura 6. Cálculo de volumen de corte y relleno.
Cuando en las dos secciones consideradas existe corte y relleno se debe
eterminar la distancia de paso.
Para el cálculo de volúmenes se toma como el volumen de un prisma
irregular y donde las áreas de dos estaciones consecutivas forman las bases de
dicho prisma. La distancia entre estaciones es la altura del prisma. Lo anter
c
para calcular los volú
ciones.
d
- 53 -
- 54 -
iguiente: Dadas dos secciones separadas
na distancia “d”, por semejanza de triángulo se determina el “paso”.
En este caso es una distancia de paso de corte, puesto que existía un
corte y en la siguiente ya no existe; or lo tanto debe haber una estación
La forma de calcularlo es la s
u
Figura 7. Longitud de paso.
p
intermedia donde el corte termina y comienza el relleno.
idades de
metros cúbicos de tierra que se trabajan resulta insignificante.
El trabajar las secciones en curva de manera más cercana a la realidad,
hace que el trabajo sea mas laborioso sin que la diferencia resultante sea
significativa.
• Transversal
• Longitudinal
La fórmula para calcular volúmenes es correcta para tramos rectos, pero
no cumple para los tramos en curva. Sin embargo dadas las cant
2.7. DISEÑO DE DRENAJES
El objetivo fundamental del drenaje en los caminos, es reducir al máximo
la cantidad de agua que de una u otra forma llega al mismo, y pueda perjudicar
la carretera dando salida al agua que llegue al camino.
Para que un camino tenga buen drenaje, debe evitarse que el agua
circule en cantidades grandes por el mismo destruyendo los pavimentos,
creando la formación de baches, también que el agua que corre por las cunetas
se estanque y reblandezca las terracerías, perdiendo su estabilidad las mismas.
Al drenaje se la ha denominado también como obras de arte,
clasificándose de la siguiente manera:
• Subdrenaje
- 55 -
2.7.1 DRENAJE TRANSVERSAL
El objetivo del drenaje transversal es dar paso rápido al agua que no
uede desviarse en otra forma y tenga que cruzar de un lado al otro del camino.
En cuanto a las alcantarillas es recomendable construirlas cada 200
etros como máximo, y obligadamente en las curvas verticales cóncavas
o mínimo.
a, cuando se trate de
lcantarillas que servirán para aliviar cunetas o cuando se trate de corrientes
El colchón mínimo para protección de los tubos, deberá ser de 0.60
BADENES Se trata de una tipo superficial, por medio del cual el
agua escurre transversalmente; es de espesor reducido y se construye sobre un
equeño tramo de superficie de rodamiento, debidamente protegido, de manera
ue no impida la circulación de vehículos.
p
En estas obras de drenaje transversal están comprendidos los puentes y las
alcantarillas.
m
utilizando tubería de 30” de diámetro com
Como obras de protección se pueden mencionar; muros, revestimientos,
desarenadores y disipadores de energía. Se les construirán muros cabezales
en la entrada y la salida, y tragante en la entrad
a
muy pequeñas. Cuando se trate de corrientes que su área de descarga no pase
de 2 metros cuadrados, se les hará muros cabezales y en lugar de tragante de
entrada se les construyen alerones, rectos, a 45º grados o en “L”.
metros para que la carga viva se considere uniformemente distribuida.
obra de drenaje de
p
q
- 56 -
Figura 8. Alcantarill
D + 0.50
1.20
a.
- 57 -
- 58 -
2.7.2 DRENAJE
ejando una berma entre dicho pie y el
orde de la cuenca, evitando de esta forma que se moje el relleno, lo que
rigina asentamientos.
El diseño de cunetas se basa en los principios del flujo en canales
biertos, éstas se pueden construir de forma trapezoidal o triangular, en este
aso, se recomienda cualquiera de las secciones tipo que se dan a
ontinuación, quedando a criterio del constructor del proyecto cual debe usar.
Detalle de cuneta triangular:
Este tipo de cuneta tiene una menor capacidad que la trapezoidal, la cual
no se erosiona fácilmente.
LONGITUDINAL
Este tipo de drenajes se refiere a las obras de captación y defensa, tales
como cunetas, contracunetas, bombeo, fosas de laminación.
CUNETAS:
Son zanjas que se hacen a ambos lados del camino con el fin de
conducir el agua que escurre de la mitad del camino o en todo el camino en el
caso que existan curvas. Cuando las cunetas pasan de corte a relleno se
prolongan a lo largo del pie del relleno, d
b
o
a
c
c
Figura 9. Detalle de cuneta triangular
BOMBEO 3%
BOMBEO 3%
y trapezoidal.
- 59 -
BOMBEO 3%
Las cun o su longitud
sea mayor de 50.00 metros por med inación o una
alcantarilla de alivio, debido a que mientras mas larga sea la cuneta, mas agua
llevará, por lo que se erosionará más, resultando antieconómica la
conservación.
CONTRACUNETAS: Son zanjas que se hacen en lugares convenientes, evitando que llegue a
las cunetas más agua que aquella para la cual fue diseñada. Las contracunetas
se construyen transversales a la pendi nte del terreno, las que interceptan el
paso del agua y la alejan de los cortes y rellenos. Cuando el camino sigue la
dirección de la misma pendiente del terreno no se deben construir
contracunetas. La contracuneta tipo recomendada es la siguiente:
Figura 10. Detalle de Contracuneta.
etas deben protegerse en pendientes fuertes, cuand
io de una fosa de lam
e
- 60 -
- 61 -
o para este proyecto es del 3%.
PENDIENTE DISTANCIA
BOMBEO
Se llama bombeo de un camino a la forma de la sección transversal del
mismo, cuyo objetivo es drenar hacia los lados el agua que cae en el camino. El
bombeo sugerid
FOSA DE LAMINACIÓN
Cuando se tienen cunetas demasiado largas y es imposible sacar el agua
por medio de aliviaderos, se construyen estas fosas con el objetivo de disipar la
energía cinética del agua, evitando con ello la erosión de las cunetas. Se
recomienda colocarlas según se indica en la siguiente tabla.
0 a 8% No son necesarias
8 a 15% 100 metros
15 a 18% 50 metros Tabla No. 5. Longitud para fos s de laminación.
a
- 62 -
3. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL 3.1. DEFINICIÓN Identificación y evaluación sist
(efectos) de proyectos, planes, programas o acciones legislativas propuestas,
relativos a los componentes físico-químicos, biológicos, culturales y socio-
económicos del ambiente total.
3.2. FIN ÚLTIMO
Motivar y/o promover la consider ción del ambiente en la planificación y
toma de decisiones, y finalmente llegar a acciones que son más
ambientalmente compatibles.
3.3. MITIGACIÓN Y COMPENSACIÓN
MITIGACIÓN:
Es la implementación de decisiones o actividades diseñadas para
reducir en el ambiente los impactos indeseables de una acción
propuesta.
emática de los impactos potenciales
a
- 63 -
CA
evar a cabo la acción
a escala de magnitud, reorientación, empleo
ación de ambientes similares.
O DE EVALUACIÓN, CONTROL Y SEGUIMIENTO AMBIENTAL
• Métodos de Evaluación del Hábitat
• Modelación Matemática
• Adaptación de Métodos Comunes de Estadísticas Multivariadas
ráfica
Sistemas de Información Geográfica
Simulac
• Análisis de Costo y Beneficio
• Metodologías Comparativas
TEGORÍAS DE MITIGACIÓN:
Evasión: no ll
Disminución: rebajar l
de tecnología
Rectificación: restauración de los ambientes
Reducción: pasos de control, prevención y mantenimiento
Compensación: cre
3.4. REGLAMENT
METODOLOGÍAS DE EVALUACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL
• Técnica Delphi
• Superposición G
•
• ión
• Evaluación de Riesgos
- 64 -
• oramiento del Medio Ambiente
Na
• ontrol y
• Propiciar un clima de confianza hacia los inversionistas, en materia
ambiental
ALCANCE
Se pretende que el Reglamento norme la evaluación y el control
ambie l alquier otra actividad, que por sus
caract s rioro a los recursos naturales renovables o
no, y a
DECLARACIONES S
s sobre impacto ambiental deben evaluar, con detalle,
los efectos potenciales de la acción propuesta en el ambiente. El propósito del
ambie ambientales de una acción propuesta,
con la riesgos implicados al que toma las
ecisiones en la oficina y al público.
OBJETIVOS DEL REGLAMENTO
Cumplir con la Ley de Protección y Mej
y el Reglamento Orgánico del Ministerio de Ambiente y Recursos
turales
Contar con instrumentos de gestión ambiental (evaluación, c
seguimiento) acordes a la realidad nacional
nta de proyectos, obras, industrias o cu
erí ticas pueda producir dete
l ambiente.
OBRE IMPACTO AMBIENTAL
Las declaracione
nte es revelar las consecuencias
finalidad de dar a conocer los
d
- 65 -
Una declaración de impacto ambiental debe incluir:
de los efectos en el ambiente.
b. Exposición de los probables efectos en el ambiente, incluidos los
d. a la acción propuesta que puedan evitar algunos o todos
los efectos perjudiciales al ambiente, incluso los análisis de costos y
los efectos en el ambiente de dichas alternativas.
los efectos acumulativos, a largo plazo, de la acción
propuesta, incluso sus relaciones con el uso a corto plazo del
.
a. Una descripción detallada de la acción propuesta que incluya
información y datos técnicos adecuados para permitir una cuidadosa
evaluación
efectos en los sistemas ecológicos y cualquier consecuencia directa o
indirecta que puedan resultar de la acción.
c. Cualquier efecto adverso al ambiente que no pueda evitarse.
Alternativas
e. Evaluación de
ambiente versus la productividad, a largo plazo, del ambiente.
f. Cualquier compromiso irreversible o irrevocable de recursos que
pudieran resultar de la acción, o que pudieran reducir el uso del
ambiente
- 66 -
CONCLUSIONES
• Las aldeas beneficiadas con los presentes proyectos, muestran
marcadas diferencias con el área urbana del municipio,
principalmente, en el renglón de servicios básicos e
o mal
en los estratos
erecho
• En la aldea Sepur, se diseñó una red cerrada, pues, la topografía
lo permitía y aunque en el área
rural no se recomienda el uso de bombeo por su alto costo, en
esta comunidad se hizo necesario, ya que, no existe otra fuente
natural cercana a la comunidad.
• Siempre se deben realizar los exámenes bacteriológicos y físico-
químico sanitario al agua con fines de consumo humano, e
independientemente de los resultados, debe ser clorada para
garantizar la potabilidad de la misma.
infraestructura, lo cual ayudó a tomarlas en cuenta para los
proyectos considerados en el presente trabajo.
• La dispersión de las comunidades rurales y la carencia
estado de los caminos rurales, obstaculizan el progreso de la
región por la dificultad de incorporación a los mercados o zonas de
desarrollo, acentuándose, así, la diferencia
sociales de una región a otra
• En algunos tramos del camino es necesario renegociar el d
de vía, pues por razones de diseño, hubo necesidad de cambiar el
alineamiento horizontal.
y la distribución de las viviendas
- 67 -
- 68 -
RECOMENDACIONES
• A las autoridades municipales se les recomienda actualizar los
precios presentados en los presupuestos antes de la ejecución,
debido a que éstos están sujetos a cambios ocasionados por la
variación en la economía.
• A los habitantes de la aldea Sepur, se les recomienda cercar el
área donde se encuentran las fuentes de abastecimiento de agua,
para evitar así daños al sistema y, principalmente, la
contaminación del agua.
• Debido a que la vida útil de la bomba es, aproximadamente, de 5
años, se recomienda que al iniciar el funcionamiento del sistema
se utilice una bomba de menor capacidad, ya que, la que muestra
el diseño, es la bomba necesaria para que el sistema funcione al
final del período de diseño, reduciéndose, así, el costo del
proyecto.
• Se recomienda para ambos proyectos, el mantenimiento
adecuado para evitar daños excesivos en los componentes del
sistema y evitar así el colapso del sistema y evitar gastos
innecesarios.
- 69 -
- 70 -
BIBLIOGRAFÍA
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Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de
Ingeniería, 1985.
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Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala. Facultad de
Ingeniería, 1997.
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Guatemala. Facultad de Ingeniería, 1980.
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• Merritt, Frederick y otros. Manual del Ingeniero Civil. Cuarta Edición,
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