UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO Carlos Ramiro Ortega Lima. Asesorado por: Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta Guatemala, septiembre de 2004
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
Carlos Ramiro Ortega Lima.
Asesorado por: Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, septiembre de 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
CARLOS RAMIRO ORTEGA LIMA
ASESORADO POR ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, SEPTIEMBRE DE 2004
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II Ing. Amahán Sánchez Álvarado
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Ing. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García
EXAMINADOR Ing. Christa Classon de Pinto
EXAMINADOR Ing. Angel Roberto Sic García
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San
Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación
titulado:
DISEÑO DE ALCANTARILLADO SANITARIO PARA LA ALDEA EL SUBINAL, GUASTATOYA, EL PROGRESO
Tema que me fuera asignado por la dirección de Escuela de Ingeniería Civil,
con fecha 21 de abril de 2004.
Carlos Ramiro Ortega Lima
AGRADECIMIENTOS
Dios Por haber estado en cada momento de mi vida,
bendiciéndome en todo el trayecto de mi carrera.
A mis padres Por el amor, confianza y apoyo incondicional que me
manifestaron siempre.
A mis hermanos Harold Daniel y Yesenia Beatriz.
Mi novia Lorena Judith Archila Marroquín.
A mi familia A mi asesor Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta, por su
valiosa colaboración en este trabajo.
A mis compañeros
y amigos Por el apoyo y cariño que siempre me brindaron. Municipalidad de Guastatoya, El Progreso La Universidad de San Carlos de Guatemala La Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala
ACTO QUE DEDICO
Dios Mis padres Ramiro Ortega Agustín
Olimpia Concepción Lima Carranza de Ortega.
A mis hermanos Harold Daniel Ortega Lima
Yesenia Beatriz Ortega Lima de Marroquín.
Mis cuñados Zulia Sarmiento de Ortega y Américo Marroquín.
Mis sobrinos Ramiro Antonio, Daniel Benjamín y Américo Josué.
Mi abuela Paula Carranza viuda de Lima.
Mi novia Lorena Judith Archila Marroquín.
Mi familia Mi casa de estudios Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniería.
I
ÍNDICE GENERAL
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.............................................................................V GLOSARIO .......................................................................................................VII RESUMEN..........................................................................................................IX OBJETIVOS .......................................................................................................XI INTRODUCCIÓN .............................................................................................XIII
1. INVESTIGACIÓN
1.1 Monografía de la aldea El Subinal............................................................1
3..7 Caudal de infiltración...............................................................19
III
3..8 Caudal por conexiones ilícitas.................................................20
3..9 Factor de caudal medio...........................................................22
3..10 Caudal de diseño.....................................................................22
3..11 Diseño de secciones y pendientes..........................................23
3..12 Obras accesorias.....................................................................26
3..13 Diseño de la red de alcantarillado sanitario.............................30
4. ESTUDIO DE ANTEPROYECTO PARA EL TRATAMIENTO DE LAS AGUAS SERVIDAS
4.1 Importancia del tratamiento de las aguas servidas...............................43
4.2 Proceso de tratamiento de las aguas servidas.....................................44
4.3 Selección del tipo de tratamiento..........................................................48
4.4 Propuesta de las unidades de tratamiento............................................48
5. PRESUPUESTO DEL DRENAJE SANITARIO DE LA ALDEA EL SUBINAL
5.1 Presupuesto de materiales...................................................................51
5.2 Presupuesto de mano de obra..............................................................53
5.3 Resumen del presupuesto final.............................................................54
IV
6. ASPECTOS DE VULNERABILIDAD 6.1 Cómo identificarlas................................................................................55 6.2 Qué hacer en caso que ocurran ...........................................................60
La profundidad del pozo de visita será igual a la diferencia de la altura del
terreno, menos la cota invert de salida en dicho pozo.
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El ancho de la zanja se toma según la profundidad de los pozos de visitas,
ya que estos están relacionados con la profundidad de la tubería, la cual influye
directamente en el ancho de la zanja.
El volumen de excavación se encontrará por medio del el producto del
ancho de la zanja, por el promedio de la profundidad de los pozos de vista, por
la distancia horizontal del tramo en estudio.
Los demás tramos se diseñan en la misma forma que en el ejemplo
mostrado.
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4. ESTUDIO DE ANTEPROYECTO PARA EL TRATAMIENTO DE
LAS AGUAS SERVIDAS
4.1 Importancia del tratamiento de las aguas servidas
En la actualidad, la salud es un tema que da muchísimo que hablar, ya
que como seres humanos nos preocupamos por las formas en que debemos de
cuidarnos para poder subsistir en este planeta. Años atrás, el tema de la salud
se orientaba al tratamiento de las aguas residuales, pero no se le deba mucha
importancia; fue así como en los proyectos de alcantarillado sanitario, muchas
veces no se tomaba en cuenta el daño que podrían ocasionar al medio
ambiente, y desde luego al ser humano; esto fue porque las poblaciones eran
mucho más pequeñas y el daño que ocasionaban era de poco impacto; en la
actualidad, desde luego, ya no es así. Debido al crecimiento poblacional, que
han sufrido nuestras comunidades, el impacto que ocasionan es de mayor nivel,
y el medio natural que nos rodea ya no es eficiente para disolver la
contaminación por si mismo. Es por eso que profesionales de la Ingeniería
Civil, estudiantes y organizaciones Publicas y privadas se han preocupado por
mantener la salud, realizando proyectos de infraestructura, que permitan un
sano manejo de las aguas servidas, y así procurar el desarrollo de nuestro país,
de una forma adecuada y sana para las generaciones futuras.
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La importancia del tratamiento de las aguas servidas radica en que se
debe evitar a cualquier costa, que lleguen a una descarga final, como los ríos,
lagos, mantos y acuíferos, sin un tratamiento adecuado, para evitar la
contaminación, ya que estos son indispensables para la vida.
4.2 Proceso de tratamiento de las aguas servidas
Cuando se trata de la disposición de las aguas servidas de origen
doméstico, es necesario realizar un tratamiento que pueda evitar la
contaminación de los cuerpos receptores, para que no interfiera con el uso que
los seres humanos dispongan darles, como por ejemplo, riegos, recreación,
pesca, agua de abastecimiento público o cualquier otro uso de que disponga.
El fin principal, para el cual se realiza un tratamiento a las aguas servidas,
consiste separar de éstas la materia orgánica soluble y la remoción de
patógenos nocivos para los seres humanos, antes de descargarlas al cuerpo
receptor de que se disponga.
Los métodos que se pueden utilizar para dar un tratamiento
adecuado a las aguas servidas son muchos, los cuales pueden incluirse dentro
de los cinco siguientes procesos:
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a) Tratamiento preliminar
El fin de este proceso es proteger los equipos de bombeo y también el de
facilitar los procesos subsecuentes del tratamiento. Para lograr este fin, se
utilizan dispositivos que puedan separar los sólidos suspendidos, los sólidos
inorgánicos pesados y eliminar cantidades excesivas de aceites o grasas.
Generalmente este proceso físico se lleva a cabo por medio de rejillas y
desarenadores, los cuales se encuentran en el canal de entrada a la planta.
b) Tratamiento primario
En este proceso, su propósito es de eliminar, por medio de un proceso físico, los
sólidos suspendidos en las aguas negras, por medio de un asentamiento que se logra
disminuyendo la velocidad de las aguas negras. En este proceso, se logra eliminar
aproximadamente de 40 a 60% de los sólidos suspendidos. El dispositivo, en el que se
logra dicho asentamiento, se les denomina tanques de sedimentación. Estos tanques
logran la descomposición en una forma anaeróbica de los lodos.
c) Tratamiento secundario
Este proceso del tratamiento se realiza, cuando el agua residual aún
contiene materia orgánica disuelta después de realizar el tratamiento primario.
En este proceso, los agentes, que realizan el trabajo principal, son los
organismos aeróbicos que descomponen los sólidos orgánicos, para
transformarlos en sólidos inorgánicos o en sólidos orgánicos estables.
Los dispositivos utilizados en el tratamiento secundario puede clasificarse
como a continuación se describe:
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• Filtro goteador con tanques de sedimentación secundarios
• Tanques de sedimentación
• Filtro percolador
• Filtro de arena
• Lecho de contacto
• Lagunas de estabilización
d) Cloración
Este método de tratamiento tiene muchos usos, que pueden utilizarse
según el propósito deseado; ya que se puede utiliza, aun antes de tratamiento
preliminar.
Los propósitos en los que generalmente se utiliza la cloración de las aguas
servidas son los siguientes:
• Desinfección o destrucción de organismos patógenos.
• Prevención de la descomposición de las aguas negras para:
- Controlar el olor
- Protección de las estructuras de la planta.
• Como auxiliar en la operación de la planta para:
- La sedimentación,
- En los filtros goteadores,
- El abultamiento de los lodos activos.
• Ajuste o abatimiento de la demanda bioquímica de oxígeno.
Este tratamiento tiene el inconveniente respecto al cloro que debe de
eliminarse, luego de la desinfección del agua, antes de la disposición final al
cuerpo receptor, debido a que si el cuerpo receptor fuese una fuente de
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reutilización del liquido, puede provocar en el ser humano enfermedades
cancerígenas.
e) Tratamiento de lodos:
Los lodos de las aguas negras son básicamente los sólidos que se
eliminan en los tratamientos primarios y secundarios, más una porción de agua
que se separa con ellos.
En este tratamiento, se pretenden dos objetivos: eliminar parcialmente o
totalmente el agua que contiene los lodos, para producir una disminución
considerable en el volumen; en segundo lugar, para que se puedan
descomponer todos los sólidos orgánicos putrescibles, que se transformarán en
sólidos minerales o sólidos orgánicos estables. Estos objetivos se logran
cuando se combinan dos o más de los siguientes métodos:
• Espesamiento
• Digestión
• Secado en lechos de arena
• Acondicionamiento con productos químicos
• Filtración al vacío
• Secado con paliación de calor
• Incineración, etc.
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4.3 Selección del tipo de tratamiento
Para la selección del tipo de tratamiento, que se le dará a las aguas
residuales de la aldea el Subinal, se deben de tomar varios factores que
influyen en la determinación del mismo. Los factores mencionados se asocian
con:
• Eficiencia
• Economía
• Operación y mantenimiento
• Factibilidad
El sistema que se pudo observar, que llena los requisitos de los factores
de selección, anteriormente mencionados, es el proceso de “Lodos Activados”;
este proceso es eficiente, debido a un contacto íntimo que existe entre
organismos aeróbicos con los sólidos orgánicos de las aguas negras, y
procuran la descomposición de dichos sólidos por medio de la oxidación que
realizan estos seres vivos. En este sistema, se puede comprobar que su
construcción es considerablemente económico, comparado con otros sistemas
de tratamiento. La operación y mantenimiento de este sistema no son
complicados, debido a que su equipo no es sofisticado ni necesita un personal
altamente preparado para su funcionamiento.
4.4 Propuesta de las unidades de tratamiento
Se proponen, para el sistema a utilizar, las siguientes unidades de
tratamiento:
• Canal de rejas
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• Tanques de aireación y clarificación
• Equipo de aireación
• Área de secados de lodos
• Sistema de cloración
• Cabezal de descarga.
Estos tanques de aireación son compartimientos, en donde se suministra
aire, el cual se propaga en el fondo, para que los microorganismos puedan
propagarse, gracias al oxigeno que necesitan para vivir. Los lodos activados
pasan luego al tanque de clarificación, en donde se sedimentarán por gravedad.
Estos lodos son reutilizados en el sistema para alimentarlo; el excedente, una
vez estabilizado, es puesto en el área de secado de lodos. El agua clarificada
es tratada para su desinfección por medio de un sistema de cloración, que
consiste en tabletas de Hipoclorito de Calcio, para luego descargarla al cuerpo
receptor, por medio de un cabezal de mampostería de piedra bola, y así evitar
que se socave el terreno, en el punto donde se realizará la descarga.
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5. PRESUPUESTO DEL DRENAJE SANITARIO DE LA ALDEA EL SUBINAL
5.1 Presupuesto de materiales Tabla XIV: Presupuesto de materiales
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Continúa
53
5.2 Presupuesto de mano de obra Tabla XV: Presupuesto de mano de obra
54
5.3 Resumen del presupuesto final Tabla XVI: Resumen del presupuesto final
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6. ASPECTOS DE VULNERABILIDAD
6.1 Cómo identificarlas
Como primer punto que se tratará antes de identificar una vulnerabilidad de
este sistema, se describirá, en una forma general cómo analizar la
vulnerabilidad del mismo. El proceso de análisis parte, por un lado, del
conocimiento del sistema, sus componentes y funcionamiento y, por otra parte,
las características de las amenazas que potencialmente pueden afectarle.
a) Análisis del sistema
Un sistema de alcantarillado es, básicamente un conducto, por el cual se
transportan las aguas residuales de una vivienda, negocio, etc., hacia un punto
de descarga final. Previo a esto, se realiza un tratamiento antes de ser
depositadas en un cuerpo receptor como ríos, lagos, mares, etc. Su análisis, en
el diseño, básicamente depende de la cantidad de usuarios del sistema, ya que
éstos definen el caudal que se transportará dentro de él.
El sistema de alcantarillado funciona básicamente como un canal abierto, en
donde el transporte de las aguas residuales de origen doméstico, es debido a la
fuerza gravitacional de nuestro planeta, las cuales son llevadas hacia un punto
de descarga final, con un previo tratamiento de la misma, para evitar la
contaminación.
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b) Análisis de los componentes y su funcionamiento
Los componentes básicos de un sistema de alcantarillado sanitario son:
I. Colector general: su función es transportar las aguas servidas por
medio de la gravedad, a través de una sección parcialmente llena, hacia
un lugar de descarga. Su forma puede ser variada, pero por fines
prácticos, normalmente se utilizan tuberías de sección circular, que
podrían ser de concreto o de pvc. En este proyecto, se dispuso el uso de
tuberías de sección circular de pvc.
II. Pozos de visita: sus fines de uso son variados, ya que se pueden
utilizar como:
• Intersección de colectores
• Cambios de pendiente del colector
• Cambios de dirección del flujo
• Para evitar distancias demasiado prolongadas de un tramo del
colector
Estos pozos están construidos de ladrillo de barro cocido, tapadera
de concreto reforzado y un fondo de concreto para el piso. Varían de
tamaño, ya que la profundidad no está normalizada, dado que depende
de la profundidad en que se encuentre el colector.
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III. Registro domiciliar: también este elemento es importante en el
sistema, pues éste es el elemento que conecta las aguas residuales
domiciliares con el colector. Está compuesto por una tubería que inicia
en un tubo de concreto de 16 pulgadas que sirve de registro, y finaliza en
el colector general.
c) Amenazas potenciales del sistema
I. Sismos: es un fenómeno de la naturaleza, que por el movimiento
brusco de la corteza terrestre, provoca daños considerables en los
proyectos de alcantarillados.
II. Crecidas: en nuestro país, es también una amenaza presente, ya que
las poblaciones han tenido la necesidad de utilizar el agua para
actividades agrícolas y domésticas, por lo que se han ubicado cerca de
los ríos, que muchas veces por presencia de fuerte lluvias, su caudal
crece considerablemente, hasta perder su cauce para luego
introducirse en las comunidades y sus respectivas infraestructuras, y
dañan parcial o totalmente las mismas.
III. Derrumbes: este fenómeno natural está también ligado, muchas
veces, con las fuertes lluvias, dado que este fenómeno consiste en la
saturación de agua en los taludes, que provocan un desprendimiento
del mismo, y ocasiona derrumbes que, en algunas ocasiones, puede
destruir las obras que se encuentran en el, o al pie del mismo.
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IV. Conexiones ilícitas: este es un factor que podría afectar el diseño,
pues comúnmente se contempla únicamente de 2.5 a 5% de la
población, que podría conectarse ilícitamente; sin embargo, se ha
observado que en el interior de la república, el agua pluvial de las
viviendas se conectan al alcantarillado sanitario, debido que muchas de
las construcciones no son dirigidas por un profesional de la materia, ni
las autoridades municipales han puesto cuidado del buen uso del
sistema, e incidien en los porcentajes previstos en el diseño.
d) Vulnerabilidad del sistema
Dado lo anteriormente descrito, se puede concluir que el sistema de
alcantarillado es vulnerable en los siguientes casos:
1. Sismo: este en un fenómeno natural, que en el caso de la aldea El
Subinal, provocará daños considerables, ya que dicha aldea se
encuentra ubicada en la zona de la falla geológica del Motagua. Este
fenómeno natural deteriora los componentes, como pozos de visita,
conexiones domiciliares, colector general, como se describe a
continuación:
• Pozos de visita fracturados por el movimiento sísmico: son de una
estructura de mampostería no diseñadas a los movimientos del
suelo, por lo que llevan fracturas de dichos elementos no dúctiles
y frágiles, en la aplicación de fuerzas de compresión como de
tensión.
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• Las conexiones domiciliares presentan un caso igual a los pozos
de visita; sólo que su vulnerabilidad es menor, pues este elemento
no está fabricado de mampostería, lo que ayuda a que el daño no
sea considerablemente grave en el sistema.
• Los colectores sí se encuentran en una vulnerabilidad alta, ya que
por el tamaño que éstos poseen, la posibilidad de que sea
afectado es grande.
2. Crecidas: este fenómeno natural puede estar presente como un peligro
para este sistema; en vista de las condiciones de diseño de este
proyecto, se dispuso llevar la conducción final de las aguas residuales, a
un costado del río, que ocasionalmente puede manifestar un aumento
brusco de su nivel, y socavar el terreno, y podrían dañar la tubería que
se dispuso llevar a un costado del mismo.
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3. Las conexiones domiciliares ilícitas constituyen por otra parte, un
problema que se manifiesta por un uso inadecuado del sistema del
servicio, que se está prestando a la comunidad, porque en el diseño del
mismo, se espera que los pobladores tengan conciencia de que no
pueden conectar las aguas pluviales al sistema. Sin embargo, muchas
veces los habitantes no atienden esta recomendación, y en momentos de
lluvia, se da un aumento del caudal que circulará dentro del colector, lo
cual hará que no funcione a sección parcialmente llena, sino como una
tubería completamente llena, la cual no está diseñada para soportar
cargas de presión, que tendrán como resultado, un rompimiento de las
mismas. 6.2 Qué hacer en caso que ocurran
De los casos anteriormente descritos, pueden tomarse medidas de
seguridad preventivas, las cuales se pueden describir a continuación:
• Cuando se trate de un sismo, la medida que deberá de tomarse,
como primera instancia, será la inspección visual de los
componentes del sistema, la cual tendrá que realizar un
profesional o un técnico de la materia, quien dictaminará el daño
ocasionado, para una posterior restauración que se debe realizar
inmediatamente; esto es para evitar epidemias producidas por
estancamientos de aguas residuales.
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• En el caso de la crecida del río, se dispuso una protección de un
muro de mampostería de piedra bola, cuya finalidad será proteger
el colector que se dirige hacia el punto, en el cual se tratarán las
aguas servidas de la tubería que se conducirá a un costado del
río.
• Cuando se trate de conexiones domiciliares ilícitas, puede
tomarse una medida de seguridad desde la administración
municipal, la cual tendrá que regular el uso del sistema, y
supervisar a los pobladores, para que éstos puedan regirse a las
normas del uso del mismo.
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CONCLUSIONES
1. La construcción de un alcantarillado sanitario es un beneficio para la
comunidad, por lo cual se le estará brindando dicho servicio
aproximadamente a 99 familias un período de 20 años
2. Este diseño presenta las características necesarias para poder
implementar los conocimientos obtenidos en la Facultad de Ingeniaría.
3. Este proyecto presenta un beneficio importante, en lo que respecta a la
salud de los pobladores, ya que eliminará la contaminación que se está
viviendo en las calles y en el patio de dicha comunidad.
4. En el presente proyecto de alcantarillado sanitario, después de analizar
todos los factores involucrados en él, éste funcionará adecuadamente en
el período de diseño propuesto, salvo que se hiciera algún mal uso de los
componentes del sistema, o no se adopten las recomendaciones
necesarias para el buen funcionamiento.
5. El muro conductor de concreto ciclópeo, propuesto en el tramo que
conducirá las aguas servidas al punto de descarga, mitigará la
vulnerabilidad que presenta la tubería, cuando se dé una crecida del río.
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RECOMENDACIONES
1. La Facultad de Ingeniería debe seguir apoyando las áreas rurales por
medio del Ejercicio Profesional Supervisado (EPS), como lo ha estado
haciendo hasta ahora.
2. Es conveniente que el comité de la comunidad realice gestiones
financieras para este proyecto, a través de organizaciones
gubernamentales, ONGs, o alguna otra entidad que pueda prestársela.
3. En el momento de la ejecución del proyecto, la Municipalidad debe de
garantizar la supervisión del proyecto, para que pueda cumplir las
normas constructivas que especifican los planos.
4. La Municipalidad, con ayuda de los vecinos, deben darle el
mantenimiento adecuado al sistema, para que pueda funcionar
eficientemente el período de diseño.
5. Es necesario actualizar los precios de los materiales cuantificados en
este proyecto, cuando la Municipalidad o institución considere ejecutarlo,
para evitar caer en una subvaluación del mismo.
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BIBLIOGRAFÍA
1. De León Castillo, Cesar René. Diseño de la red de alcantarillado para San José Vicente Pacaya y comentarios. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1980. 47 pp.
2. Díaz Monzón, Oscar Alejandro. Manual para diseño y presupuesto de
un proyecto de alcantarillado sanitario en poblaciones del interior de la republica. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1977. 36 pp.
3. Rodas Aldana, Walter Estuardo. Estudio y diseño de la red de
recolección de aguas residuales, de la aldea la Guitarra, del departamento de Retahuleu. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2003. 82 pp.
4. Simmons, Charles Sheffer. Clasificación de reconocimiento de los
suelos de la república de Guatemala. José de Pineda Ibarra. 1000pp.