-
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA
ESCUELA DE INGENIERA CIVIL
DISEO DE EDIFICACIN PARA GIMNASIO Y SALN DE USOS MLTIPLES, Y
AMPLIACIN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE,
DE LA CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANY, DEPARTAMENTO DE
CHIMALTENANGO
KIBONGE HIGUARD DAN RUIZ CASTILLO
Asesorado por Ing. Juan Merck Cos
Guatemala, octubre de 2004
-
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
DISEO DE EDIFICACIN PARA GIMNASIO Y SALN DE USOS MLTIPLES, Y
AMPLIACIN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE, DE LA
CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANY, DEPARTAMENTO DE
CHIMALTENANGO
TRABAJO DE GRADUACIN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA
POR
KIBONGE HIGUARD DAN RUIZ CASTILLO
ASESORADO POR: ING. JUAN MERCK COS
AL CONFERRSELE EL TTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, OCTUBRE DE 2004
-
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL II Lic. Amahn Snchez lvarez
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Br. Kenneth Isuur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR Ing. Juan Merck Cos
EXAMINADOR Ing. ngel Roberto Sic Garca
EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo Garca
SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
-
HONORABLE COMIT EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la
Universidad de San
Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de
graduacin
titulado:
DISEO DE EDIFICACIN PARA GIMNASIO Y SALN DE USOS MLTIPLES, Y
AMPLIACIN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE,
DE LA CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANY, DEPARTAMENTO DE
CHIMALTENANGO
Tema que me fuera asignado por la Direccin de Escuela de
Ingeniera Civil,
con fecha 4 de agosto de 2004.
Kibonge Higuard- Dan Ruiz Castillo
-
AGRADECIMIENTOS
Al Ing. Juan Merck Cos, por su asesora, revisin y correccin del
trabajo de
graduacin.
A la Universidad de San Carlos de Guatemala, por haberme llenado
de
conocimientos durante los aos de estudio.
A la Facultad de Ingeniera, por haberme formado acadmicamente
como
profesional.
A los catedrticos, por sus enseanzas en cada una de las etapas
de mi estudio
profesional.
A la Municipalidad de Santa Cruz Balany, Chimaltenango, por
haberme
brindado la oportunidad de realizar el presente trabajo de
graduacin.
-
ACTO QUE DEDICO A Dios Por darme el privilegio de haber
culminado con xito otra
meta en mi vida. A mis padres Vctor Manuel Ruz Mndez y Silvia
Ivonne Castillo Rivera,
por su gran apoyo incondicional en todo aspecto hacia mi
persona, para ustedes con mucho amor este logro que hoy
alcanzo.
A mi padrinos Miriam Elizabeth Castillo Rivera y Jaime Rafael
Castillo
Rivera, siendo al igual que mis padres un apoyo incondicional
para mi vida, con mucho amor.
A mis hermanos Julio Ren Lpez, Zandra Lorena Ruz Castillo, y
Vctor
Hugo Ruz Castillo, por su apoyo, cario, confianza y compaa en
las diferentes etapas de estudio, gracias hermanos.
A mis sobrinitas Ailleen y Dasha. Mis dos grandes ngeles que
llenan de
alegara la vida de toda mi familia, tambin al angelito que viene
en camino.
A mis abuelos Mara Francisca Mndez, Jos Isaac Ruz, Mara
Albertina
Rivera, Clemente Efran Castillo, a ellos con mucho cario, aunque
no se encuentren fsicamente, compartieron el deseo de que alcanzara
esta meta.
A mi familia En general con mucho cario a cada uno de ellos por
el
apoyo que me brindaron. A mis amigos Gracias por su cario y
amistad sincera.
-
I
NDICE GENERAL
NDICE DE
ILUSTRACIONES.......................................................................V
LISTA DE
SMBOLOS...................................................................................VII
GLOSARIO.....................................................................................................IX
RESUMEN......................................................................................................XI
OBJETIVOS..................................................................................................XIII
INTRODUCCIN...........................................................................................XV
1. FASE DE INVESTIGACIN
1.1. Monografa del municipio de Santa Cruz Balany
.................... 1
1.1.1. Aspectos
generales.................................................... 1
1.1.2. Ubicacin geogrfica y situacin demogrfica........... 2
1.1.3. Aspectos econmicos y actividades productivas...........
3
1.1.4. Actividad agropecuaria y
comercial............................... 3
1.1.4.1. Uso de la
tierra................................................. 3
1.1.4.2. Actividad
agropecuaria..................................... 4
1.1.4.3. Comercio y
servicio.......................................... 5
1.1.4.4. Industria y
artesana......................................... 5
1.1.4.5. Infraestructura econmica y servicios de
apoyo ... 5
1.1.4.6. Comunicaciones y turismo...............................
8
-
II
1.2. Investigacin diagnstica sobre necesidades de servicios
bsicos e infraestructura de la cabecera municipal de
Santa Cruz
Balany....................................................................
9
1.2.1. Descripcin de las
necesidades.................................... 9
1.2.2. Priorizacin de las necesidades............. 10
2. FASE DE SERVICIO TECNICO PROFESIONAL
2.1. Diseo de edificacin para gimnasio y saln de usos
mltiples del municipio de Santa Cruz
Balany...................... 11
2.1.1. Descripcin del proyecto......................... 11
2.1.1.1 Espacio disponible......................................
12
2.1.1.1.2 Localizacin del terreno... 12
2.1.1.1.3 Topografa del terreno. 12
2.1.1.2 Normas para el diseo de edificios........... 12
2.1.1.2.1 Criterios generales.... 13
2.1.1.2.1.1 Criterios de conjunto. 13
2.1.1.2.1.2 Criterios de iluminacin 13
2.1.1.2.2 Otros criterios. 15
2.1.1.2.3 Instalaciones.................................. 16
2.1.1.3 Espacios de
recreacin.................................... 16
2.1.2 Diseo estructural... 16
2.1.2.1 Diseo arquitectnico.. 16
2.1.2.1.1 Ubicacin del terreno.... 17
2.1.2.1.2 Distribucin de ambientes. 18
2.1.2.1.3 Altura del edificio... 18
2.1.2.1.4 Seleccin del sistema estructural a
usar. 18
2.1.2.2 Anlisis .. 18
-
III
2.1.2.2.1 Predimensionaminto estructural. 19
2.1.2.2.2 Modelos matemticos para el
diseo de columnas..... 19
2.1.2.2.3 Cargas aplicadas..... 20
2.1.2.2.3.1 Cargas verticales.. 21
2.1.2.2.3.2 Cargas horizontales..... 22
2.1.2.2.4 Mtodo de anlisis estructural. 22
2.1.2.2.5 Momentos ltimos.. 24
2.1.2.2.6 Diagrama de corte. 25
2.1.2.3 Dimensinamieto..... 26
2.1.2.3.1 Estructura para techos.. 26
2.1.2.3.2 Diseo de columna... 28
2.1.2.3.3 Diseo de cimiento....... 36
2.1.3 Planos constructivos.. 42
2.1.4 Elaboracin de presupuesto. 43
2.2 Ampliacin del sistema de agua potable para la cabecera
municipal de Santa Cruz Balany.
2.2.1 Descripcin del proyecto... 47
2.2.2 Recopilacin de informacin de campo.. 47
2.2.2.1 Levantamiento topogrfico. 48
2.2.2.1.1 Planimetra.... 48
2.2.2.1.2 Altimetra... 48
2.2.2.2 Fuentes de Agua. 48
2.2.2.2.1 Aforo de fuentes... 49
2.2.2.2.2 Calidad de agua .. 49
2.2.3 Diseo hidrulico del sistema 51
2.2.3.1 Descripcin del sistema a utilizar. 52
-
IV
2.2.3.2 Normas y criterios de diseo.. 52
2.2.3.2.1 Periodo de diseo.. 52
2.2.3.2.2 Dotaciones..... 53
2.2.3.2.3 Crecimiento poblacional....... 53
2.2.3.2.4 Captacin 54
2.2.3.2.5 Caja unificadora de caudales. 55
2.2.3.3 Diseo de lnea de conduccin. 55
2.2.3.3.1 Sistema de desinfeccin . 62
2.2.3.3.2 Integracin de presupuesto. 62
2.2.3.3.3 Elaboracin de planos..... 64
CONCLUSIONES.....................................................................................
65
RECOMENDACIONES.............................................................................
67
BIBLIOGRAFA........................................................................................
69
APNDICES.............................................................................................
71
-
V
NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1. Planta tpica, saln de usos
mltiples........................................... 20
2. Cargas aplicadas... 21
3. Cargas verticales.................. 22
4. Diagrama de corte y momentos de una viga doblemente
empotrado .. 23
5. Diagrama de
momentos......................................................
24
6. Diagrama de
corte..........................................................................
25
7. Flecha luz de
techo..................................................................
28
8. Zapata tipo 1 37
9. Corte simple. 39
10. Corte punzonante 40
11. Detalle viga canal 42
12. Plano de distribucin de ambientes, gimnasio y saln.....
73
13. Plano de acotado, gimnasio y saln.... 74
14. Plano de secciones y elevaciones- gimnasio y saln... 75
15. Plano de techos y detalle de viga canal-gimnasio y
saln.............. 76
16. Plano de cimientos y columnas- gimnasio y
saln.......................... 77
17. Plano de detalle de columnas, cimientos y zapatas-gimnasio
y
saln.. 78
18. Plano de electricidad-gimnasio y saln e
aulas............................. 79
19. Plano de detalle de juntas-gimnasio y
saln.................................. 80
20. Diagrama de iteraciones para columnas rectangulares...
81
-
VI
21. Plano de planta y perfil-ampliacin de
agua.................................... 83
22. Plano de obras de
arte................................................... 84
23. Grafica de clorinador 87
TABLAS
I. Soluciones arquitectnicas de techos... 27
II. Clculo de columnas de gimnasio y saln
................................ 36
III. Clculo de zapata de gimnasio y saln. 41
IV. Presupuesto gimnasio y saln.. 45
V. Periodo de diseo de estructuras 52
VI. Presupuesto de ampliacin de agua potable. 64
VII. Tabla de cargas de para techos de cubierta curva.... 82
VIII. Exmenes de laboratorio.. 85
IX. Libreta topogrfica.. 86
X. Colimadores 87
-
VII
LISTA DE SMBOLOS
As. rea de acero de refuerzo Av. rea de varilla Az. rea zapata
CM. Carga muerta CR. Centro de rigidez CU. Carga ltima CV. Carga
viva D. Deflexin E. Esbeltez de la columna Es. Mdulo de elasticidad
del concreto Ec. Mdulo de elasticidad del acero I o Ig. Inercia de
la seccin total del concreto respecto al eje centroidal, sin tomar
en cuenta el acero de refuerzo
Kp. Factor de pandeo de la columna Lo. Longitud de confinamiento
de estribos Lu. Longitud libre de pandeo de la columna M(+).
Momento positivo M(-). Momento negativo
MSOP. Momento soportado usando el As mnimo Mv. Momento de volteo
P. Carga aplicada a la columna PCR . Carga crtica de pandeo de
Euler P'u. Carga de resistencia de la columna
-
VIII
q. Presin sobre el suelo R. Rigidez de un elemento tm. Espesor
del muro de mampostera Sn. Modulo de seccin normal a la pieza S.
Modulo de seccin perpendicular a la pieza V. Velocidad del viento
VC. Fuerza cortante factorizada actuando en columnas Vn. Corte
normal VR. Resistencia al esfuerzo cortante proporcionado por el
concreto
Vs. Valor soporte del suelo V. Corte perpendicular Wn. Carga
normal W. Carga perpendicular d. Factor de flujo plstico del
concreto
BAL. Porcentaje de acero en la falla balanceada
t. Valor de la curva en el diagrama de interaccin
. Radio de giro . Coeficiente que mide el grado de empotramiento
a la
rotacin, de una columna
. Factor de reduccin de resistencia . Valor del diagrama de
iteracin Fy Resistencia del acero C. Coeficiente de la tubera PVC=
150 Hf. Hazen William FDM Factor da mximo Est Estacin
-
IX
GLOSARIO
Aforo Medicin del volumen de agua que lleva una corriente por
unidad de tiempo.
Carga Son todas aquellas fuerzas que actan en forma muerta
permanente sobre los elementos que las soportan.
Carga Son todas aquellas fuerzas que actan en forma no viva
permanente sobre los elementos que las soportan.
Caudal Volumen de agua escurrido en unidad de tiempo.
Cloracin Mtodo de desinfeccin del agua basndose en cloro.
Conduccin Infraestructura utilizada para conducir el agua desde
la fuente al tanque de distribucin.
Cota piezomtrica Altura de presin de agua que se tiene en un
punto dado.
Esfuerzo Es la fuerza aplicada por unidad de rea, que soporta el
material.
-
X
Especificaciones Son las normas generales y tcnicas de
construccin contenidas en un proyecto, disposiciones especiales
o
cualquier otro documento que se emita antes o durante
la ejecucin de un proyecto.
Estructuras Son construcciones artificiales, en las cuales todos
sus elementos estn en equilibrio y reposo, los unos con relacin a
los otros.
Infraestructura Conjunto de obras en una construccin.
Lmite El mayor esfuerzo que un material es capaz de elstico
desarrollar, sin que ocurra la deformacin permanente al retirar el
esfuerzo.
Mampostera Es en sistema constructivo que se basa en elementos
que van unidos entre si, por medio de una mezcla
conocida como mortero: arena, cemento, para soportar
cargas que se le apliquen.
Nacimiento Lugar en el cual un acufero aflora o brota a la
superficie del terreno
-
XI
RESUMEN
El municipio de Santa Cruz Balany, departamento de
Chimaltenango,
se ubica al nor-occidente del pas. En la investigacin realizada
para efectos
del presente trabajo de graduacin, se logr determinar que uno de
los
problemas prioritarios en este municipio es: la falta de
infraestructura para la
prctica del deporte y el fomento a la cultura, En este trabajo
se describe el
procedimiento necesario para disear la infraestructura fsica de
un gimnasio
y saln de usos mltiples, con nfasis en la parte arquitectnica y
estructural,
utilizando techo de cubiertas curvas y muros de mampostera, para
el diseo
de las partes estructurales del edificio.
Asimismo, se detect que otro de los problemas, tambin de
mucha
necesidad y de gran prioridad para el municipio, es la escasez
de agua
potable que sufre la poblacin y, por lo tanto, tambin se orienta
a plantear
una solucin al respecto, diseando para el efecto, la ampliacin
del sistema
de agua potable, en el cual se incluye la unificacin de dos
nacimientos de la
comunidad, que sern llevados a un tanque de almacenamiento
existente
aumentado as el caudal de agua que surte actualmente a la
poblacin.
El trabajo se divide en dos partes importantes: La primera:
corresponde a la fase de investigacin, conteniendo la monografa
del lugar,
as como un diagnstico sobre necesidades de servicios bsicos
e
infraestructura.
-
XII
La segunda, se refiere a la fase de servicio tcnico profesional
en la
que se describe el diseo de un edificio que constituye, a la
vez, un gimnasio
y saln de usos mltiples, en esta fase se realiza el anlisis y
diseo
estructural e instalaciones elctricas, hidrulicas, drenaje y el
diseo de una
lnea de conduccin para ampliar el caudal de agua potable y
lograr as
satisfacer las necesidades de la comunidad. Posteriormente, se
elaboraron,
los planos de cada proyecto y los respectivos presupuestos para
la
ejecucin de los mismos.
-
XIII
OBJETIVOS
General
Disear la edificacin para saln de usos mltiples y gimnasio
municipal y Ampliacin del sistema de agua potable para la
cabecera
municipal de Santa Cruz Balany, Chimaltenango.
Especficos
1. Desarrollar una investigacin de tipo monogrfica y diagnstica
sobre
necesidades de servicios bsicos e infraestructura del municipio
de
Santa Cruz Balany, Chimaltenango.
2. Capacitar al personal de la Oficina de Planificacin
Municipal, en la
elaboracin de perfil de proyectos y al personal de campo de
la
municipalidad en la interpretacin de planos.
-
XIV
-
XV
INTRODUCCIN
El presente trabajo de graduacin, es el resultado de la labor
realizada
dentro del programa del Ejercicio Profesional Supervisado de la
Facultad de
Ingeniera de la Universidad de San Carlos de Guatemala, en
la
municipalidad de Santa Cruz Balany del departamento de
Chimaltenango,
dentro de las actividades desarrolladas, se encuentra la
investigacin de tipo
monogrfica y el diagnstico de las necesidades de servicios
bsicos e
infraestructura de la comunidad, que permiti detectar los
diferentes
problemas que afronta la misma. Una vez determinados los
problemas y
necesidades comunales, se logr establecer el orden de prioridad
de cada
uno de dichos problemas y sus posibles soluciones.
El primer problema a solucionar, es la carencia de
infraestructura
adecuada para el fomento y desarrollo del deporte y de la
cultura en la
comunidad, por lo que, con la anuencia y participacin de las
autoridades
locales e instituciones de apoyo, se planific como primer
proyecto, el diseo
de un edificio que sirva como gimnasio y saln de usos
mltiples.
El segundo problema a solucionar consisti en la escasez de
agua
potable de la cabecera municipal planteando para el efecto, el
proyecto de
ampliacin del sistema de agua potable, el cual consiste en la
captacin de
dos nacimientos ubicados a las orillas del municipio, con lo
cual se lograr el
aumento del caudal de agua ya existente, lo que permitir el
mejoramiento
del suministro de este vital lquido para la poblacin.
-
XVI
Al final, se presentan los planos y presupuestos de cada
proyecto. En
el diseo de la infraestructura fsica de los proyectos.
-
1
1. FASE DE INVESTIGACIN
1.1. Monografa del municipio de Santa Cruz Balany
1.1.1. Aspectos generales
El nombre BALANY etimolgicamente provine del vocablo
kaqchiquel,
Balan, que significa: Tigre y Ya, que significa agua; es decir:
Agua del tigre,
porque segn se cuenta, en esa regin haban muchos riachuelos que
servan
de bebederos a los tigres.
El capitn Francisco Antonio de Fuentes y Guzmn, escribi en
la
ltima dcada del siglo XVII, sobre cuatro pueblos que estaban en
el valle de
Jilotepeque entre los cuales se menciona a Santa Cruz Balany,
como un
pueblo numeroso y muy acomodado, pero muy extraviado y metido;
de los mas
retirados del centro del valle hacia el norte de la montaa.
Por otro lado, segn registros que mantiene la municipalidad, el
ttulo de
sus ejidos fue extendido con fecha 29 de noviembre de 1830.
-
2
1.1.2. Ubicacin geogrfica y situacin demogrfica
El municipio se encuentra ubicado en el departamento de
Chimaltenango, es uno de los diecisis municipios que conforman
dicho
departamento, la cabecera municipal est catalogada como de
tercera
categora, se localizada a 28 kilmetros al nor-occidente de la
cabecera
departamental y a 84 kilmetros de la ciudad capital. Para llegar
al municipio se
deben de recorrer dos kilmetros a partir de la carretera
interamericana CA-1 la
cual conduce hacia el occidente del pas.
Est ubicado en la parte central del departamento de
Chimaltenango en
la Regin V o Regin Central, al occidente de la ciudad de
Guatemala. Tiene
una extensin territorial de 40 kilmetros cuadrados, latitud
144106 y longitud
905506, con una altura sobre el nivel del mar de 2,026 metros,
la densidad
demogrfica es de 135 habitantes por kilmetro cuadrado, segn
datos
demogrficos obtenidos.
De conformidad con el X censo de poblacin, y V de habitacin
realizado
en 1994 por el Instituto Nacional de Estadstica (INE), el
municipio tiene una
poblacin de 5,408 habitantes, cuenta con 3 lugares poblados, sus
habitantes
pertenecen al grupo tnico kaqchiquel en un 99.50 %, el
porcentaje restante
pertenece al grupo ladino. Por grupos de edad 20.16% estn entre
los 0-6
aos; 23.41% estn entre los 7-14 aos; 41.97% entre los 15-45 aos;
11.17%
estn entre 46-65 aos; y 3.29% entre los 66 aos o ms.
-
3
1.1.3. Aspecto econmico y actividades productivas
La economa es impulsada principalmente por el sector
agropecuario, los
productos obtenidos por esta actividad son empleados en su
mayora para la
venta en los mercados vecinos y tambin son llevados a ciudad de
Guatemala
para ser vendidos en los diferentes mercados de la misma, adems
son
utilizados para consumo familiar. Tambin, se observa que una
cantidad
considerable de la poblacin emigra cada ao a la ciudad capital
para
desempearse en diferentes actividades de trabajo.
1.1.4. Actividades agropecuarias y uso de la tierra
1.1.4.1. Uso de la tierra
El territorio del municipio pertenece a las tierras
sedimentarias, donde se
encuentra rodeado de barrancos, su extensin territorial es de 40
km2. Con
montaas y colinas moderadamente escarpadas. Las unidades
bioclimticas y
los suelos predominantes en el municipio poseen las
caractersticas siguientes:
Bosque muy hmedo montano bajo subtropical (BMHMBS) Altitud:
2,060 m. SNM Precipitacin pluvial anual: 900 a 2,200 milmetros
Temperatura media anual: 16 a 28 grados centgrados
Suelos: predominan los suelos profundos de textura mediana, bien
drenados, de color caf, las pendientes van 5% a 12% y mas de 30%.
El
potencial es para frutales de clima templado, maz, frjol,
verduras, y flores.
-
4
Por lo anterior se deduce que en el territorio predomina la
pequea
propiedad agrcola, o sea el minifundio.
1.1.4.2. Actividad agropecuaria El territorio destinado a la
produccin agrcola se dedica a los siguientes
cultivos:
Granos: maz, y frijol. De estos la mayor parte del producto se
destina a la venta en mercados vecinos y los mercados de ciudad de
Guatemala y al
consumo familiar.
Verduras y hortalizas: tomate, rbano, brcoli, ajo, cebolla,
repollo, arbeja
china, coliflor, zanahoria, etc.
Frutas: durazno, cirela, nspero, aguacate, manzana, limn,
etc.
La produccin de los cultivos anteriormente mencionados, se
realiza
mediante el uso de sistemas tradicionales. En algunos casos se
utilizan
fertilizantes, semillas mejoradas y control de plagas.
La produccin pecuaria es mnima, pero significativa para la
economa
de algunas familias. Los productos son los siguientes:
Ganado mayor: se tienen pequeos lotes de crianza de ganado
bovino. De estos, las cras se venden en diferentes mercados
vecinos.
-
5
Ganado menor: constituido por ovejas, cabras, cerdos y aves. La
crianza es de menor cuanta, la que se destina al consumo familiar
en ocasiones especiales o bien se comercializa localmente y en los
alrededores.
En general, los productos agropecuarios se destinan a la venta,
pero tambin parte de su produccin se comercializa en la
localidad.
1.1.4.3. Comercio y servicio
La mayor ventaja con que se cuenta en el municipio con respecto
a este
tema, es que la poblacin lleva sus productos a los mercados ms
concurridos
y de gran movimiento comercial. Cuenta con establecimientos de
comercio y
servicio, como tiendas, abarroteras, etc. No se reportan datos
significativos
relacionados con la industria y la artesana.
1.1.4.4. Industria y artesana
El municipio de Santa Cruz Balany cuenta con una industria
en
pequea escala, la cual est basada en la produccin de artesanas
cmo
tejidos.
1.1.4.5. Infraestructura econmica y servicios de apoyo
La infraestructura que contribuye social y econmicamente a
la
poblacin es la siguiente:
-
6
Sistema vial: la mayora de los caminos de acceso a la aldea y
caseros del municipio, son de terracera, accesibles en cualquier
poca del ao.
Respecto a la aldea Chimazat, su entrada principal est
adoquinada de la
escuela oficial de la localidad hasta la salida a la ruta
Interamericana.
La situacin de las calles en el rea urbana del municipio: el
acceso principal del municipio es carretera asfaltada, que conecta
a la carretera
Interamericana en el kilmetro 84. Las calles y avenidas de la
cabecera
municipal en su mayora estn adoquinadas.
Mercado: cuenta con un mercado semiformal, cuya actividad
principal es el da domingo de cada semana.
Instalaciones: el total de familias que residen en el rea rural
es de 355 siendo Chimazat la aldea con mayor nmero de familias, que
ascienden a la
cantidad de 286, tomando en cuenta sus caseros o cantones
Chiyax,
Chichavac. El casero Chuixilon, cuenta con 69 familias. La
mayora de
familias cuentan con los servicios bsicos, como agua potable,
energa
elctrica. Tambin existe una escasez de servicios de drenaje en
las aldeas
y caseros.
El total de viviendas del municipio asciende a la cantidad de
1,404,
segn los datos recabados, el tamao promedio de las familias en
el rea
rural es de seis miembros por vivienda y para el rea urbana es
de cinco
miembros por familia.
-
7
Salud: existen dos puestos de salud, uno se ubica en el casco
urbano y el otro en la aldea Chimazat. En cada uno se cuenta con
los servicios de una
enfermera auxiliar con puesto fijo y una plaza presupuestada de
un tcnico en
salud, tambin prestan sus servicios comadronas y promotores de
salud.
Transporte: en lo referente al transporte extraurbano, existen
tres empresas que prestan este servicio las cuales son:
Transportes: Ana Cecilia, San
Andrs y Yolandita; las dos primeras prestan el servicio
extraurbano de Santa
Cruz Balany hacia la ciudad de Guatemala y viceversa. Con
respecto al
Transporte Yolandita cubre el recorrido de Santa Cruz Balany
a
Chimaltenango y viceversa.
Cementerio: El municipio tiene a su disposicin un cementerio que
cubre est necesidad.
Deportes: la infraestructura deportiva en el rea rural y urbana
del municipio se destaca en las canchas de ftbol y bsquetbol, la
aldea Chimazat cuenta
con dos estadios de ftbol los cuales no estn en buenas
condiciones dado
que no existe un engramillado adecuado.
En el casco urbano existen dos canchas de bsquetbol una que est
ubicada en el parque central del municipio y la otra que se ubica
la orilla sur
del Municipio; ambas no tienen las condiciones adecuadas para
la
realizacin de este deporte, debido a que no cuentan con un techo
y
alumbrado adecuado. La cancha de ftbol se encuentra en la
orillas este de
la cabecera municipal y las instalaciones si estn adecuadas para
la prctica
de este deporte.
-
8
Templos: existe la iglesia catlica que se encuentra ubicada en a
un costado del parque central del municipio de Santa Cruz Balany,
tambin existen
varios templos cristianos de los cuales algunos estn en fase
de
construccin y/o ampliacin.
1.1.4.6. Comunicaciones y turismo
En el municipio existe una oficina de correos y telgrafos que
cubre este
servicio en la poblacin y se ubica a un costado de la iglesia
catlica de la
cabecera municipal. El servicio telefnico es del tipo celular y
ste es muy
eficiente y existe un buen nmero de servicios telefnicos de
carcter
comunitario.
No se registra turismo en el municipio, por carecer de sitios
atractivos
para tal fin, adems el lugar no estimula la estancia en el
municipio. Por dichas
razones no se tiene una infraestructura bsica para acoger al
visitante, tales
como hoteles y otros servicios fundamentales para el fomento de
esta industria.
La fiesta titular se celebra cada ao el 3 mayo, realizando en
estos das
variadas actividades culturales.
-
9
1.2. Investigacin diagnstica sobre necesidades de servicios
bsicos e infraestructura de la cabecera municipal de Santa Cruz
Balany
1.2.1. Descripcin de las necesidades
En lo que respecta a la infraestructura para la prctica del
deporte y el
fomento a la cultura, se puede apreciar que las instalaciones
actuales para
estas reas no son aptas, dado que las que existentes no cumplen
con los
requisitos mnimos para el desenvolvimiento apropiado de la
poblacin al hacer
deporte a cualquier hora del da y parte de la noche. Tambin se
observa que
las instalaciones del saln de usos mltiples del municipio no
tiene la
capacidad para lograr albergar a la poblacin que asiste a las
actividades
culturales, sociales y otros eventos, por lo que la realizacin
del proyecto que se
plantea a travs de la presente documentacin, coadyuvara
enormemente a la
solucin de este problema y obviamente al fomento de la cultura y
el deporte de
los habitantes del municipio.
Asimismo, se detect que el municipio de Santa Cruz Balany
afronta
diferentes problemas en cuanto a la implementacin de servicios
bsicos de
fundamental importancia, tales como: mercado, rastro, agua
potable, drenajes,
electricidad, nomenclatura urbana, etc.
Entre los servicios bsicos mencionados, reviste primordial
importancia
para la comunidad el servicio de agua potable; servicio que es
cubierto
actualmente por un sistema que aunque cubre las necesidades
mnimas de la
poblacin, requiere que las autoridades locales planifiquen e
implementen la
captacin de nuevos caudales de agua para la ampliacin del
sistema que
dota el vital liquido, lo cual permitira solventar la carencia
de agua potable y
que la poblacin logre el desarrollo de una vida digna y por lo
tanto decorosa.
-
10
1.2.2. Priorizacin de las necesidades
Entre las necesidades incluidas en la priorizacin puede
mencionarse:
Necesidad de la captacin de nuevos caudales de agua para la
ampliacin del
sistema de agua potable actual; necesidad de infraestructura
adecuada para el
desarrollo cultural y deportivo de la comunidad; necesidad del
mejoramiento del
saneamiento ambiental del municipio a travs de: tratamiento de
basura,
drenajes, necesidad de ampliacin de sistemas de energa elctrica
y medios
de comunicacin (caminos vecinales), y la necesidad de hacer
conciencia en la
poblacin a efecto de lograr la proteccin constante los recursos
naturales del
municipio.
En este proceso de priorizacin, la comunidad defini como
proyectos
prioritarios: la construccin de un saln de usos mltiples y
gimnasio municipal,
y ampliacin del sistema de agua potable.
-
11
2. FASE DE SERVICIO TCNICO PROFESIONAL
2.1. Diseo de la edificacin para gimnasio y saln de usos
mltiples, cabecera municipal de Santa Cruz Balany
2.1.1. Descripcin del proyecto
El proyecto consta de una edificacin para gimnasio y saln de
usos
mltiples, con un techo de cubierta curva, columnas de concreto
reforzado y
muros de mampostera.
El edificio contar con los siguientes ambientes:
1 Escenario 4 Graderios 2 Baos 1 Tienda 2 Vestidores rea de
deportes
-
12
2.1.1.1. Espacio disponible
2.1.1.1.1. Localizacin del terreno
El terreno se ubica a un costado del parque central de la
cabecera
municipal, en el cual existe una cancha de bsquetbol y saln
comunal
debidamente separados, estas construcciones sern demolidas para
ubicar el
gimnasio y saln de usos mltiples. Siendo el rea disponible de
construccin
de 891 metros cuadrados.
2.1.1.1.2. Topografa del terreno
El predio disponible, es totalmente plano, y de un tipo de
suelo
adecuado para este tipo de construccin.
Tiene las siguientes dimensiones:
33 metros de largo. 27 metros de ancho. 891 Metros cuadrados
como rea total.
2.1.1.2. Normas de diseo de edificios
Para la disposicin y distribucin de reas, aspectos
arquitectnicos y de
funcionamiento, se aplicaron las normas contenidas en el manual
de Diseo y
Desarrollo de Edificios del INFOM y las Normas de Planificacin
Para Viviendas
del FHA.
Las normas aplicadas en este trabajo se describen a
continuacin.
-
13
2.1.1.2.1. Criterios generales
2.1.1.2.1.1. Criterios de conjunto
Orientacin del edificio: La orientacin ideal de las ventanas es
de Norte a Sur, de preferencia abriendo las ventanas hacia el
norte; sin
embargo, la orientacin ser definida en el terreno.
El edificio se adecua bien a estas caractersticas, debido a que
las
ventanas se abrirn en direccin al Norte y Sur.
Superficie y altura del edificio: la superficie vara en funcin
de las necesidades a satisfacer, tanto en capacidad como en el tipo
de
deporte o actividad que se realice.
Con lo que respecta a la superficie, se propone que la
edificacin sean
paredes de la misma altura y un techo de cubierta curva.
2.1.1.2.1.2. Criterios de iluminacin
Generalidades de la iluminacin en el edificio: la iluminacin
debe ser abundante y uniformemente distribuida, evitando la
proyeccin de sombras y
contrastes muy marcados. Para lograr lo anterior, deben tomarse
en cuenta los
siguientes criterios:
Es importante el nmero, tamao y ubicacin de las ventanas y/o
lmparas.
-
14
Un local pequeo recibe mejor iluminacin que uno grande, pero sus
dimensiones dependen de los requerimientos de espacio.
Los acabados ms brillantes permiten mayor reflexin de la luz y,
dan como resultado, una mejor iluminacin.
Tipos de iluminacin: Por su procedencia, la iluminacin se divide
en natural y artificial. La iluminacin natural, por la ubicacin de
las ventanas, se
divide en unilateral, bilateral y cenital. Se describen a
continuacin:
Iluminacin natural unilateral: cuando slo un lado tiene
ventanas; las ventanas deben tener un rea del 25% al 30% del rea
total de piso; y el
muro opuesto a la ventana estar a una distancia no mayor de 2.5
veces
la altura del muro de ventana.
Iluminacin natural bilateral: cuando existen ventanas en las
paredes laterales; las ventanas deben tener un rea entre 25% a 30%
del rea
de piso del ambiente.
Iluminacin natural cenital: la iluminacin es por medio de
ventanas colocadas en el techo, para esta iluminacin se toma como
rea de
ventanas del 15% al 20% del rea total de piso.
Iluminacin artificial: se acepta nicamente cuando sea muy
justificado; debe ser difuso, para evitar molestias en la vista;
tambin
debe ser lo ms parecido a la iluminacin natural.
La iluminacin utilizada para la edificacin, es la natural
bilateral, natural
cenital y artificial. Debido al tipo de edificacin que se
planific.
-
15
2.1.1.2.2. Otros criterios
Ventilacin: La cantidad disponible de aire en el ambiente, tiene
gran importancia en el desarrollo de cualquier actividad.
Para este caso se utiliz el criterio de una ventilacin adecuada
para el tipo de
edificacin que se ha planificado, por medio de las ventanas y la
ventilacin que
proporciona el techo de cubierta curva.
Confort acstico: Es importante que en un saln de usos mltiples
exista el confort acstico, ya que ste influye grandemente en el
estado anmico y el
grado de concentracin del individuo. Es necesario que no exista
ninguna
interferencia sonora entre los ambientes, ni ruidos que
sobrepasen los lmites
aceptables de tolerancia.
Para que no interfiera el ruido proveniente del exterior, ubicar
los establecimientos en zonas tranquilas, pero de no ser posible
esto, se
debe orientar el edificio de manera que el viento se lleve los
ruidos.
Para prevenir la interferencia entre ambientes, separar los
ambientes ruidosos de los tranquilos, tomando en cuenta la direccin
del viento.
Para disminuir el ruido interno del ambiente, construir con
materiales porosos, ya que stos absorben el ruido, tambin las patas
del mobiliario
y equipo deben tener aislantes acsticos.
-
16
2.1.1.2.3. Instalaciones Las instalaciones en los edificios son
hidrulicas, sanitarias y elctricas.
En su diseo y colocacin se debe garantizar lo siguiente:
Seguridad de operacin Capacidad adecuada para prestar el
servicio Duracin razonable y economa de mantenimiento Servicio
constante Proteccin contra agentes nocivos, principalmente
ambientales
2.1.1.3. Espacio de recreacin
El espacio recreativo est conformado por el rea que ser
utilizada para la realizacin del los deportes o cualquier actividad
cultural que se realice en las
instalaciones del gimnasio y saln de usos mltiples, la cual es
un rea de 609
m2.
2.1.2. Diseo estructural
2.1.2.1. Diseo arquitectnico El diseo arquitectnico se refiere a
darle la forma adecuada y distribuir
en conjunto los diferentes ambientes que componen el saln. Para
tener un
lugar cmodo y funcional para su uso. Para lograrlo, se deben
tomar en cuenta
los diferentes criterios arquitectnicos, principalmente para
este caso, la
Seccin de Diseo y Desarrollo de Edificios del INFOM y las Normas
de
Planificacin Para Viviendas del FHA.
-
17
Los edificios se deben disear de acuerdo a las necesidades que
se
tengan; adems, estarn limitados por el espacio disponible, los
recursos
materiales y las normas de diseo que existan. La tipologa
arquitectnica se
elegir basndose en el criterio del diseador y/o propietario.
Para el caso del
saln de usos mltiples se necesita un escenario, dos vestidores y
el rea
restante para el pblico.
Los resultados del diseo arquitectnico, sobre la base de los
criterios de
la Seccin de Diseo y Desarrollo de Edificios del INFOM, las
Normas de
planificacin para viviendas del FHA, el propietario y el
diseador, se presentan
en los apndices, figura 8.
2.1.2.1.1. Ubicacin del edificio en el terreno
El edificio del saln de usos mltiples abarca todo el terreno,
para
aprovechar al mximo el rea disponible para su construccin. (Vase
pg. 20
figura. 1)
El edificio contar con los siguientes ambientes:
1 Escenario 4 Graderios 2 Baos 1 Tienda 2 Vestidores rea de
deportes
-
18
2.1.2.1.2. Distribucin de ambientes
La forma de los ambientes y su distribucin dentro del edificio
se hace
del modo tradicional, por ser sta la que ms se ajusta a las
necesidades
existentes y al espacio disponible.
2.1.2.1.3. Altura del edificio
El edificio tendr un nivel por razones de seguridad y economa.
La altura
del muro ser de 4.50 m en todos los ambientes, con estas medidas
se
pretende dar confort, tanto a los ambientes como a los espacios
de circulacin.
Con lo que respecta la altura del techo es de 6.75 metros de
flecha luz.
2.1.2.1.4. Seleccin del sistema estructural a usar
En la seleccin del sistema estructural influyen los factores
de
desempeo, economa, esttica, materiales disponibles en el lugar y
la tcnica
para construir la obra. El resultado debe comprender el tipo
estructural, formas
y dimensiones, los materiales, y el proceso de ejecucin.
Para este caso, se ha elegido el sistema estructural bsico de
columnas
aisladas o columnas con carga axial y momento unaxial con un
techo de
cubierta curva de lmina de zinc y muros de mampostera.
2.1.2.2. Anlisis
Anlisis estructural es el proceso para determinar las respuestas
de la
estructura ante las acciones exteriores que puedan afectarla.
Para el saln de
usos mltiples se hace el anlisis estructural de la forma
siguiente:
-
19
2.1.2.2.1. Pre-dimensionamiento estructural
Predimensionar la estructura es dar medidas preliminares a
los
elementos que la componen, que sern utilizados para soportar las
cargas
aplicadas. Se puede recurrir a la experiencia en obras similares
y utilizar
mtodos analticos cortos, los que se describen a continuacin:
Columnas: el mtodo que se utiliza para predimensionar las
columnas determina la seccin y se basa en la carga aplicada a sta.
En este caso en
particular se desea guardar simetra en las dimensiones de las
columnas, por
tal razn se toma la columna crtica, es decir, la que soporta
mayor carga. La
medida resultante se aplica a todas las dems.
Frmula: ancho de la columna = Lu / 13.5
Donde: Lu = altura efectiva de la columna en metros
Solucin: ancho de la columna = 5.5/13.5 = 0.407 mts.
Se propone una columna de 40*40 cm.
2.1.2.2.2. Modelos matemticos para el diseo de columnas
aisladas
Se debe de representar con las cargas que afectan al
elemento
estructural, que en este caso es el diseo de la columna aislada,
debido a esto
las columnas analizadas son las que soportaran dichas cargas
como se
muestra en la figura1.
-
20
Figura 1. Planta tpica de saln de usos mltiples
2.1.2.2.3. Cargas aplicadas
Todo tipo de estructura est sometida a cargas de diferente
ndole,
existen varios criterios para clasificarlas, se debe de
distinguir de acuerdo a la
direccin de su aplicacin.
-
21
16 paneles en 5 metros
Peso por panel 404 lb. = 183 Kg. (tabla VII)
P = 16 *183Kg. = 2,928 Kg. / m
W = 2,928/27 = 108 Kg. / m2 Figura 2. Cargas aplicadas
W=108.60Kg/m2
5.5mts.
27mts.
2.1.2.2.3.1. Cargas verticales
Las cargas que afectan las columnas son las reas tributarias del
techo,
debido a que es un techo de cubierta curva se utilizarn solo
cargas muertas.
Los valores a utilizar en este caso son los siguientes:
Carga muerta (CM)
Peso del techo= 108.60 Kg. /m
-
22
Figura 3. Cargas Verticales W=108.60Kg/m
5.5mts.
27mts.
2.1.2.2.3.2. Cargas horizontales
Existen dos fuerzas horizontales, de viento y de sismo, a las
que est
expuesto comnmente un edificio. Adems, el anlisis realizado con
una, cubre
los efectos que podra causar la otra si se presentar. Guatemala
es un pas
con riesgo ssmico, por tal razn se disean los edificios tomando
en cuenta
este fenmeno. En las cargas de diseo de techos de cubierta curva
se
estipula la carga de viento que puede afectar el techo.
2.1.2.2.4. Mtodo de anlisis estructural
El mtodo de anlisis a utilizar, es el de columnas con cargas
axiales, tomando en cuenta las cargas para techos de cubierta
curva, segn tabla VII.
Es por eso que se utilizar para el anlisis el diagrama de
carga
distribuida para una viga doblemente empotrada. Como se muestra
en la figura
siguiente:
-
23
Figura 4. Diagrama de corte y momentos de una viga doblemente
empotrada
L W WL / 2 WL/2
L/2 L/2
Figura 5. Diagrama de corte y momentos para una columna con
carga horizontal
P P*L P L
Corte Momentos
-
24
2.1.2.2.5. Momentos ltimos
En el anlisis de los momentos ltimos para las columnas con
cargas axiales y momentos unaxiales, se utiliz el diagrama de
momentos para una
columna con carga horizontal puntual, el diagrama utilizado es
el siguiente:
16 paneles en 5 metros
Peso por panel 296 lb. = 134 Kg. (tabla VII)
P = 16 *134 Kg. = 2,152 Kg. / m
M= P*L=2,152 Kg. *5.5 m.=11,836 Kg-m
Figura 5. Diagrama de momentos
P=2,152 Kg. P*L=11,836 Kg-m .
L
Momento
Debido a que el diseo es de una columna con carga axial y
momento
unaxial, se utilizar el momento que es el siguiente:
M (-)= 11,836 Kg.-M.
-
25
2.1.2.2.6. Diagrama de corte Para el clculo del corte se utilizo
el siguiente dato:
W= 2,152 Kg. / m.
Utilizando la frmula del diagrama de corte para una columna
con
carga puntual horizontal se tiene:
V= 2,152 Kg.
Figura 6. Diagrama de corte para una columna con carga
horizontal
P P
L
-
26
2.1.2.3. Dimensionamiento
2.1.2.3.1. Estructura para techos
El techo es proporcionado por una empresa de techos de
cubierta
curva, la materia prima consiste e rollos de lmina de acero, de
calidad
estructural, recubierta con aluzinc, ( una aleacin de aluminio y
zinc; en su
mayora aluminio) que es extremadamente resistente a la corrosin
lo que da
como resultado un techo altamente durable.
El aluzinc tiene una vida til 4 veces mayor que cualquier tipo
de
lmina, los espesores de la lmina que se utiliza en cada caso,
equivalen
aproximadamente a lo que comercialmente se le conoce como los
calibres
22,24,y 26.
Montaje: Una vez fabricado los paneles y cuando estn al nivel
del suelo se engrapan para formar grupos de paneles o paquetes.
Estos paquetes
se levantan y se colocan en su lugar definitivo con una gra,
finalmente los
paquetes ya motados se engrapan entre si y as el techo queda
totalmente
instalado, siendo en este caso el mtodo de instalacin de
cubiertas metlicas
mas rpido del mercado.
Soluciones arquitectnicas:
Existen 5 soluciones bsicas y son las siguientes:
-
27
Tabla I. Soluciones arquitectnicas de techos
Solucin
Luz Mnima
Luz Mxima
Relacin
Flecha / Luz Optima
Piso a piso
4.00
20.00
Sobre paredes o estructura metlica
2.00
30.00
1/6
Sobre paredes o estruc. Metlica o
simplemente apoyada
2.00
8.00
1/10
Recta
0.10
60.00
1/8
Diferencia de alturas
Variable
Variable
Variable
-
28
Luces y flechas permisible:
Figura 7. Flecha luz de techo de cubierta curva
Flecha
Luz
La relacin flecha/luz se define as:
Si es 1/6 entonces flecha = luz/6
A nivel las luces y flecha permisibles son:
Luz min. (m): 2.00 Luz mx. (m): 30.00 Rel. flecha/luz min. :
1/10 Rel. flecha/luz mx. : 1/2
2.1.2.3.2. Diseo de columna
Las columnas son elementos estructurales que estn sometidas a
carga axial y momentos flexionantes. Para el diseo, la carga axial
es el valor
de todas las cargas ltimas verticales que soporta la columna,
esta carga se
determina por reas tributarias. Los momentos flexionantes son
tomados del
anlisis estructural. Para disear la columna, se toma el mayor de
los dos
momentos actuantes en extremos de sta.
-
29
Para este caso, se disean las columnas crticas, es decir, las
que estn
sometidas a mayores esfuerzos. El diseo resultante para cada
columna es
aplicado a todas las columnas. En esta seccin se describe el
procedimiento
que se sigue para disear las columnas tpicas del edificio.
Columna con carga axial y momento unaxial Datos: Son obtenidos
del anlisis estructural. Los valores del corte y los momentos son
crticos, ya que se disean con los datos mayores.
Seccin = 0.40*0.40 m Lu =Longitud de la columna = 5.50 m Mx = 0
Kg-m My = 11,8366 Kg-m Vc = corte ltimo = 2,152 Kg
Determinacin de carga axial:
Clculo de carga axial: CU = 1.4CM + 1.7CV CU = 1.4(108.60) =
152.04 Kg/m2
Clculo del factor de carga ltima: FCU = CU / (CV + CM) = 152.04
/ 108.60 = 1.40
Clculo de la carga axial: PU =At*Cu PU =(5*27/(2))*152.04 =
10,263 Kg At = 67.5 m2, tomado por reas tributarias.
-
30
Clasificar la columna por su esbeltez (E): Una columna es
esbelta cuando los dimetros de su seccin transversal son pequeos en
relacin con su longitud.
Por el valor de su esbeltez (E), las columnas se clasifican en
cortas (E100). El objetivo de clasificar las
columnas es para ubicarlas en un rango; si son cortas se disean
con los datos
originales del anlisis estructural; si son intermedias se deben
magnificar los
momentos actuantes, y si son largas no se construyen.
La esbeltez de la columna en el sentido Y se calcula con:
Clculo de coeficientes que miden el grado de empotramiento a la
rotacin en las columnas (): Extremo superior:
A = ( EM /2) / ( EM /2) EM (como todo el marco es del mismo
material) = 1
= La inercia se toma del anlisis estructural
A = 0.18/(0.18+0.4*2+0.07) = 0.17 Extremo inferior: B =
(0.18)/(0.18+0.40*2) = 0.18 Promedio: P = (A + B) / 2 = (0.17
+0.18)/2= 0.175
Clculo de coeficiente K:
K = ((20 P )/20)(1+ P)1/2 para P < 2 K = 0.9 (1+ P)1/2 para P
2 Entonces se utiliza K = ((20 P )/20)(1+ P)1/2 K =
((20-0.17)/20)(1+0.17)1/2 = 1.07
-
31
Clculo de la esbeltez de la columna:
E = KLu / , donde = 0.40 (Lado menor para columnas
rectangulares) E = (1.074*5.50) / (0.40*0.40) = 36.92 Por los
valores obtenidos de E, tanto en el sentido Y, la columna se
clasifica dentro de las intermedias, por tanto se deben magnificar
los momentos
actuantes.
Magnificacin de momentos: Cuando se hace un anlisis estructural
de segundo orden, en el cual se toman en cuenta las rigideces
reales, los efectos
de las deflexiones, los efectos de la duracin de la carga y cuyo
factor principal
a incluir es el momento debido a las deflexiones laterales de
los miembros, se
pueden disear las columnas utilizando directamente los momentos
calculados.
Por otro lado, si se hace un anlisis estructural convencional de
primer
orden, como en este caso, en el cual se usan las rigideces
relativas
aproximadas y se ignora el efecto de desplazamientos laterales
de los
miembros, es necesario modificar los valores calculados con el
objetivo de
obtener valores que tomen en cuenta los efectos de
desplazamiento. Para este
caso, esa modificacin se logra utilizando el mtodo ACI de
magnificacin de
momentos:
Sentido y
Clculo del factor de flujo plstico del concreto: d = CMU / CU =
152.04/152.04 = 1.00 (Ver, clculo de carga axial en la Pgina
29)
-
32
Clculo del EI total del material: E = (Ec* g / 2.5) / (1 + d);
Ec = 15,000(f'c)1/2; g = (1/12) bh3
E = ((15,100*2101/2)(404/12)/2.5)/(1+1) = 9.34x109 Kg-cm2 = 934
T-m2
Clculo de la carga crtica de pandeo de Euler: Pcr = 2(E) /
(KLU)2 = 2(934) / (1.075*5.50)2 = 264.19 T
Clculo del magnificador de momento:
= ______1________ 1 1 (PU / Pcr) = 1/(1-(10.26/0.70*264.19) =
1.06
Clculo de momentos de diseo: Md = * MU Mdy = 1.06 (11,836)=
12,546 Kg-m Acero longitudinal: Para calcular el acero longitudinal
de las columnas existen varios mtodos; los que se aplican segn el
tipo de cargas a las que est
sometida la columna. Existen columnas sometidas a carga axial,
carga axial y
momento uniaxial, carga axial y momento biaxial, y carga axial y
momento
triaxial.
Para este caso, todas las columnas son del tipo carga axial y
momento
uniaxial. El diseo exacto de este tipo de columnas requiere un
procedimiento
difcil, pero existen mtodos aproximados que dan buenos
resultados, uno de
estos es el de BRESLER. Este mtodo sencillo ha sido comprobado
mediante
resultados de ensayos y clculos exactos. El mtodo consiste en
que dado un
sistema de cargas actuantes, se debe calcular el sistema de
cargas resistentes.
= 0.70 si se usan estribos = 0.75 si se usan zunchos
-
33
El procedimiento a seguir es el siguiente:
Clculo de lmites de acero: segn ACI, el rea de acero en una
columna debe estar dentro de los siguientes lmites 1% Ag As 6%
Ag
AsMIN = 0.01 (40*40) = 16 cm2 AsMX = 0.06 (40*40) = 96 cm2
Se propone un armado, se aconseja iniciar con un valor cerca de
AsMIN Armado propuesto: 8 No. 6 = 8(2.87) = 22.96 cm2 Para este
mtodo se usan los diagramas de interaccin para diseo de columnas
(apndice 1, figura 16). Los valores a utilizar en los diagramas
son:
Valor de la grfica: = hNUCLEO / hCOLUMNA = (0.40-(2*0.04))/0.40
= 0.80
Valor de la curva: t = AsFy / 0.85f'c Ag =
(22.96*2,810)/(0.85*(40*40)210) = 0.23
Excentricidades: ey = Mdy / PU = 12,546/10,262.70 = 1.22
Al conocer las excentricidades se calcula el valor de las
diagonales ey / hy = 1.22/0.40 = 3.05 Con los datos obtenidos en
los ltimos cuatro pasos, se buscan los valores de los coeficientes
Ky, este es: Ky = 0.10.
-
34
Por ltimo se calculan las cargas:
Carga de resistencia de la columna a una excentricidad ey P'uy =
Ky**f'c*b*h = 0.10*0.70*210*40*40 = 23,520 Kg.
Carga axial de resistencia de la columna:
P'o= (0.85 f'c (Ag-As)+ AsFy)
=0.70(0.85*210(1,600-22.96)+(22.96*2,810)) = 242,213.47 Kg.
Carga de resistencia de la columna: P'u = __________1___________
= 1/(1/23,520-1/242,213.47) (1/ P'uy 1/ P'o) = 26,049 Kg. Como P'u
> Pu el armado propuesto si resiste las fuerzas aplicadas, si
esto no fuera as, se debe aumentar el rea de acero hasta que
cumpla.
Acero transversal (estribos): Despus de calcular el acero
longitudinal de las columnas, es necesario proveer refuerzo
transversal por medio de estribos y/o
zunchos para resistir los esfuerzos de corte y/o por armado. Por
otro lado, en
zonas ssmicas, como en Guatemala, se debe proveer suficiente
ductilidad a las
columnas. Esto se logra por medio del confinamiento del refuerzo
transversal en
los extremos de la misma. El resultado del confinamiento es un
aumento en el
refuerzo de ruptura del concreto, que adems permite una
deformacin unitaria
mayor del elemento.
-
35
El procedimiento para proveer refuerzo transversal a las
columnas se
describe a continuacin:
Refuerzo por corte
Se calcula el corte resistente:
VR = 0.85*0.53(f'c)1/2bd = 0.85*0.53(210)1/2(40*36) = 9400 Kg.
Comparar VR con VU, con los siguientes criterios:
Si VR VU se colocan estribos a S = d/2 Si VR < VU se disean
los estribos por corte
Para ambas opciones debe considerase que la varilla mnima
permitida es
la No. 3, en este caso VR >VU, se colocan estribos a S = d/2=
36/2 =18 cm
Refuerzo por confinamiento
La longitud de confinamiento se escoge entre la mayor de las
siguientes
opciones, que para este caso es la marcada con negrilla y
subrayada:
Lo = Lu / 6 = 5.50/6 = 0.90 m Lado mayor de la columna = 0.40
m
Luego se calcula la relacin volumtrica:
s = 0.45 ((Ag/Ach) 1)(0.85f'c/Fy); s 0.12(f'c/Fy)
s = 0.45 ((402/322) 1)(0.85*210/2,810) = 0.016
-
36
Y por ltimo el espaciamiento entre estribos en la zona confinada
es: S1 = 2Av / sLn = (2*0.71)/(0.016*32) = 2.77 cm. 3 cm. Los
resultados del diseo de la columna tpica, ubicada, se encuentran en
la tabla II.
2.1.2.3.3. Diseo de cimientos
Los cimientos son elementos de la estructura destinados a
recibir las cargas propias y las aplicadas exteriormente a la
misma; estos a su vez
transmiten la accin de las cargas sobre el suelo. Para elegir el
tipo de
cimentacin a utilizar se deben considerar, principalmente, el
tipo de
superestructura, la naturaleza de las cargas que se aplicaran,
las condiciones
del suelo y el costo de la misma. Para el presente proyecto se
utilizarn un tipo
de zapatas y el cimiento corrido bajo los muros de mampostera,
(figura 16).
Tabla II. Clculo de columnas de Gimnasio y Saln
Refuerzo longitudinal Refuerzo transversal Columna Cargas
Refuerzo Cortes Confinar Refuerzo
Seccin = 0.40 X 0.40
Lu = 5.50
My =11,836 Pu= 10,263.62
Mdy= 12,546 P'u=26,049
kg
8 No. 6
Vuy = 2,152
Lo = 0.90 S1 = 0.0368
30 Estribos No.3 @. 0.03 m. en extremos, y el resto a 0.18 m
-
37
Zapata tipo 1. Datos: Son obtenidos del anlisis estructural y
del estudio del suelo. Los valores de los momentos ltimos en
columnas son los crticos, ya
que se disean con los datos mayores (ver figuras 6 y 7 ver pgina
24 y 25).
Los datos a utilizarse para el diseo de esta zapata son los
siguientes:
Figura 8. Zapata tipo 1
1.00
My = 11,836. Kg-m
Pu = carga ltima 10,262.70 Kg
Vs = valor soporte del suelo = 15 T/m2
Psuelo = 1.4 T/m3 Pconcreto = 2.4 T/m3
Fcu = 1.40 (se obtiene igual que en las columnas)
Datos de zapata: la losa de la zapata debe dimensionarse para
soportar las cargas aplicadas y las reacciones inducidas. En este
inciso se calcula el rea
de la losa; los clculos a efectuar son:
Clculo de cargas de trabajo: P' = Pu/Fcu = 10,262/1.40 =
7,330.50 Kg
M'y =My/Fcu = 11,836/1.40= 8,454.00 Kg-m
Predimensionamiento del rea de la zapata: Az = 1.5P' / Vs =
(1.5*7,330.50)/15,000 = 0.73 m2
-
38
Se propone usar las dimensiones aproximadas Az = 1.00*1.00= 1.00
m2
Revisin de presin sobre el suelo: la zapata trasmite
verticalmente al suelo las cargas aplicadas a ella por medio de la
superficie en contacto con
ste, ejerce una presin cuyo valor se define por la frmula:
q = P/Az M'x /Sx M'y/Sy Donde S = (1/6)bh2; adems se debe tomar
en cuenta que q no debe ser negativo, ni mayor que el valor soporte
del suelo (Vs). Para la zapata se tiene:
Sx = Sy = (1/6)1.0*1.02 = 0.16 mt3
P = P' + PCOLUMNA + PSUELO + PCIMIENTO = 7.330 +
(5.50*0.402*2.4) + (1.00*1.00*1.4) + (1*0.30*2.4) = 11.23 T
q = 11.23/0.73 8.45/0.16
qMX = 68.19 T/m2 no cumple, excede el Vs
qMIN = -37.42 T/m2 no cumple
Como la presin mxima sobre el suelo excede el Vs, se debe
aumentar el rea, es decir, se hace otro predimensionamiento, hasta
que cumpla.
Segundo predimensionamiento: rea propuesta Az = 2.50*2.50= 6.25
mt2
Sx = Sy = (1/6)2.50*2.502 = 2.61 mt3
P = 7.330 + (5.50*0.402*2.4) + (6.25*1.00*1.4) + (6.25*0.30*2.4)
=22.70T
q = 22.70/6.25 8.45/2.61
qMX = 6.86 T/m2 cumple, no excede el Vs
qMIN = 0.40 T/m2 cumple, slo compresiones
-
39
Presin ltima: como se observa en los clculos anteriores, la
presin est distribuida en forma variable, pero para efectos de
diseo estructural se toma
una presin ltima usando el criterio:
qu = qMX*Fcu = 6.86*1.40 = 9.61 T/m2 Espesor de zapata:
dimensionada el rea se procede a dimensionar el espesor de la
zapata, basados en que el recubrimiento del refuerzo no sea menor
de
0.075 m, y que el peralte efectivo sea mayor de 0.15 m, este
espesor debe ser
tal que resista los esfuerzos de corte.
Al considerar lo anterior, se asume t = 0.35 m. Luego se hacen
las
revisiones siguientes:
Chequeo de corte simple: la falla de la zapatas por esfuerzo
cortante ocurre a una distancia igual a d (peralte efectivo) del
borde de la columna, por tal razn se debe comparar en ese lmite si
el corte resistente es mayor
que el actuante, esto se hace de la forma indicada a
continuacin: Figura 9. Corte simple
2.50 d
0.78
A
-
40
d = t Recubrimiento-/2 = 35-7.5-(1.91/2) = 27 cm
Vact = A*qu = 0.78*2*9.61 = 15.00 T
VR = 0.85*0.53(f'c)1/2bd
= 0.85*0.53(210)1/2(250*27)/1000 = 44.06 T
Vact < VR si cumple
Revisin de corte punzonante: la columna tiende a punzonar la
zapata
debido a los esfuerzos de corte que se producen en el permetro
de la
columna; el lmite donde ocurre la falla se encuentra a una
distancia igual a
d/2 del permetro de la columna. La revisin que se realiza
es:
Figura 10. Corte punzonante
2.50
0.30+d
A L
Vact = A*qu = (2.502-0.782)*9.61 = 54.22 T VR =
0.85*1.06(f'c)1/2bd = 0.85*1.06(210)1/2((57*4)*27)/1000=80.38 T
Vact < VR si chequea
-
41
Diseo de refuerzo: el empuje hacia arriba del suelo produce
momento flector en la zapata, por tal razn, es necesario reforzarla
con acero para soportar los
esfuerzos inducidos:
Momento ltimo: ste se define tomando la losa en voladizo con la
frmula: Mu = qu*L2 / 2 = 9.61*1.302/2 = 8.12 Ton-m, donde L es la
distancia medida del rostro de la columna al final de la
zapata.
rea de acero: el rea de acero se define por la frmula: As = (
B*d ((Bd)2 (M*b / 0.003825f'c))1/2 (0.85 f'c /Fy); AsMIN = 0.002Bd
As = 3.24 cm2; AsMIN = 0.002*100*27= 5.40 cm2
Se debe de utilizar el AsMIN debido a que es mayor que el As
El espaciamiento entre varillas de refuerzo est definido por: S
= Av / As; donde S < 0.45 m. Si se usa varilla No. 4 se tiene S
= 1.27/5.4 = 0.23 m. Por seguridad se usar un S = 0.20. Tabla III.
Clculo de zapata de gimnasio y saln
ZAPATA DATOS Az / t/ qu CORTE REFUERZO SIMPLE Vact = 15,000 VR =
44,060.00
1
Mx = 0 My =11,836.00 Pu = 10,262.0 Fcu = 1.40
Az = 2.50*2.50 t = 0.35 qu = 9,610
PUNZONANTE Vact = 54,220 VR = 80,380
Mu = 8,120 AsMIN= 5.4 cm2 S = 0.20 No. 4 @ 0.25 en ambos
sentidos
-
42
Viga canal: Es un elemento al cual se ancla el techo de cubierta
curva, es decir que es un elemento de apoyo para est estructura.
Los apoyos como la viga
canal pueden ser de concreto o de metal. Para este caso se
utiliz un
elemento de concreto, el cual los fabricantes del techo
proporcionan las
respectivas soluciones para este tipo de elemento. Como se
presenta a
continuacin el armado de la viga canal es de 3 varillas No 3 en
la cama
superior y en cama inferior se utilizo 4 varillas No 3, siendo
anclado el elemento
en las columnas tipo A.
Figura 11. Detalle viga canal
2.1.3. Planos constructivos
Se elaboraron los planos de distribucin de ambientes, planta
acotada,
plano de elevaciones y secciones, planta de techos y viga canal,
planta de
cimentaciones y columnas, detalle de columnas y cimientos,
planta elctrica y
planta de losas de concreto y detalle de juntas, se presentan en
los apndices.
-
43
2.1.4. Elaboracin de presupuesto
El presupuesto es un documento que debe incluirse en el diseo de
todo
proyecto de ingeniera, ya que da a conocer al propietario si el
mismo es
rentable, posible y conveniente en su ejecucin. Existen varias
formas de
realizar un presupuesto, que varan de acuerdo al uso que se le
d. Para el
proyecto que se est diseando, se elabor un presupuesto
desglosado por
renglones de trabajo:
Desglose del proyecto por renglones de trabajo: aqu se separan
cada uno de los componentes por unidades de ejecucin y se enumeran
por renglones,
se trata de ordenarlos segn la secuencia lgica de ejecucin.
Cuantificacin de los renglones de trabajo: ya desglosado el
proyecto, se procede a asignarle a cada rengln una unidad de
medida, luego se calculan
todas las cantidades de trabajo de cada rengln.
Precio unitario: el precio por unidad de medida o unidad de pago
se saca por medio de la integracin del costo directo y el costo
indirecto, para calcular cada
uno de estos costos se hizo lo siguiente:
Costo directo: en este costo se incluyeron los precios de los
materiales y mano de obra necesaria en cada unidad de ejecucin,
precios que fueron
tomados de los que se manejan en el lugar de ejecucin del
proyecto.
Costo indirecto: el costo indirecto se valoriz como un
porcentaje del costo directo, porcentaje que se basa en la
experiencia en obras similares, y cuyo
valor oscila entre el 30% y el 45% segn del rengln
considerado.
-
44
Costo total por rengln: el costo total de cada rengln se obtiene
al multiplicar los valores obtenidos en los incisos anteriores, es
decir, se multiplica la cantidad
de trabajo por el precio unitario en cada rengln. Costo total
del proyecto: para este costo se hace la sumatoria de todos los
costos totales por renglones del proyecto.
-
45
Tabla IV. Presupuesto gimnasio y saln
PRESUPUESTO POR RENGLONES
RENGLN U CANTIDAD PRECIO U TOTAL Cubierta con panel curvo
engrapable de aluzinc M2 891
Q 261.25
Q 260,606.27
Arcos para iluminacin y ventilacin U 12 Q 5070.48
Q 60,845.85
Columna tipo A (0.40x.40 Mts.) UNIDAD 24 Q 6280.55 Q
150,733.20
Zapata de 2.50x2.50 Mts. UNIDAD 24 Q 2922.15 Q 70,131.60
Columna tipo B (0.15x0.15 Mts) UNIDAD 72 Q 236.55 Q
17,031.60
Cimiento corrido (0.30 X.15 Mts ML 120 Q 110.75 Q 13,290.00
Solera hidrfuga (0.20x0.15 Mts) ML 120 Q 66.50 Q 7,980.00 Solera
intermedia 1 (0.20x0.15 Mts) ML 111 Q 66.50 Q 7,381.50
Solera intermedia 2 (0.20x0.15 Mts) ML 111 Q 66.50 Q
7,381.50
Solera corona (0.20x0.15 Mts) ML 120 Q 66.50 Q 7,980.00
Viga canal ML 66 Q 75.50 Q 4,983.00 Levantado de muro de block
(0.39x0.14x0.19 Mts) M2 714 Q 44.20 Q 31,558.80
Instalacin de agua potable GLOBAL 1 Q 1225.00 Q 1,225.00
Instalacin de drenaje GLOBAL 1 Q 7625.45 Q 7,625.45
Concreto pre- mezclado M3 61 Q 2800.00 Q 170,800.00
Sub- Total
Q 819,553.77
TOTAL DE MATERIALES Y MANO DE OBRA Q 819,553.77
IMPREVISTOS Q 81,955.38
TRANSPORTE Q 25,588.00
GASTOS ADMON. Q 110,340.10
TOTAL PROYECTO
Q1,037,437.24
-
46
-
47
2.2. Ampliacin del sistema de agua potable, para la cabecera
municipal de Santa Cruz Balany
2.2.1. Descripcin del proyecto
El proyecto constar de la captacin de dos nacimientos para la
ampliacin del sistema de agua potable. Los nacimientos que se
captarn
sern llevados a una caja unificadora de caudales; de ese punto
se llevar el
caudal unificado a el tanque de almacenamiento existente. Para
la lnea de
conduccin se utilizar tubera de PVC.
2.2.2. Recopilacin e informacin de campo
El proyecto se encuentra localizado a las orillas del municipio,
a una
distancia aproximada de 8 kilmetros del parque central. Con este
proyecto se
pretende solucionar la escasez de agua en la cabecera municipal,
de una
manera econmica y funcional para la comunidad.
La solucin al problema de agua es incorporar dos nuevas fuentes
al
sistema con el que ya cuenta la comunidad.
Las fuentes a utilizar son dos nacimientos, el nacimiento nmero
1 se
ubica a una distancia de 50 metros de la carretera de terracera
que conduce
del parque central hacia el cementerio de la localidad; el
nacimiento nmero 2
se encuentra a una distancia de 108 metros del nacimiento nmero
1 (ya
descrito), aguas abajo.
-
48
2.2.2.1. Levantamiento topogrfico
2.2.2.1.1. Planimetra
El mtodo utilizado es el de simples deflexiones, utilizando como
mtodo
de orientacin de estacin a estacin el de 180. Midiendo los
ngulos en el
sentido de las manecillas del reloj, lo que implica tener que
hacer el
caminamiento en el mismo sentido, obteniendo los azimut del
polgono
directamente de la libreta de campo. El equipo utilizado fue un
teodolito Wild
T-16, dos plomadas, una cinta mtrica con una longitud de 50
metros, una
estadia de acero de 3 metros, almdana y machete. (Ver tabla
VIII)
2.2.2.1.2. Altimetra
El mtodo de nivelacin utilizado fue compuesto. Se utiliz el
equipo
siguiente: un nivel de precisin, una cinta mtrica con una
longitud de 50
metros, 2 plomadas, una estadia de acero de 3 metros.
2.2.2.2. Fuentes de agua
Del recurso hdrico para el consumo humano existen dos tipos de
fuentes
de agua; las primeras son las fuentes superficiales, tales como
los lagos, ros,
agua de lluvia, la segundas son las fuentes subterrneas entre
las cuales se
pueden mencionar los pozos, manantiales de brotes definidos y
laderas
concentradas.
Brotes de ladera concentrado: es la captacin de una fuente
subterrnea con afloramiento horizontal del agua en uno o varios
puntos.
-
49
Brotes de fondo concentrado: es la captacin de una fuente
subterrnea con afloramiento vertical en un punto definido.
Fuente de fondo difuso: es la captacin de una fuente subterrnea
con afloramientos verticales en una zona extensa
Las dos fuentes de este proyecto son de brote definido en
ladera.
2.2.2.2.1. Aforo de fuentes
Para aforar los nacimientos se utiliz el mtodo volumtrico, en
este caso
se hicieron las mediciones en poca de estiaje, dando los
resultados
siguientes:
Nacimiento 1 Q= 1.50 Lts/seg.
Nacimiento 2 Q= 0.50 Lts/seg.
2.2.2.2.2. Calidad de agua El estudio de agua se hace con la
finalidad de conocer si es una
sustancia sanitariamente segura y aceptable a los sentidos, es
decir, se
establece su potabilidad y grado de pureza; para poder
determinar el
tratamiento necesario a seguir.
Para el anlisis de resultados de agua se deben de efectuar
dos
exmenes los cuales son:
Examen fsico qumico Examen bacteriolgico
-
50
El agua a estudiar debe obtenerse primordialmente durante el
aforo, en
recipientes estriles para un mejor resultado.
El examen fsico qumico se obtiene del estudio y caractersticas
que se
verifican por los sentidos (olfato, vista, gusto). Si el agua
ofende cualquiera del
los sentidos se desconfiar de ella y se limitar su uso.
Factores a tomar en est examen son los siguientes:
La temperatura es un factor que se obtiene en el campo, al
momento de
su obtencin.
El resultado del anlisis fsico de las dos fuentes es el
siguiente:
Temperatura: ---------
Aspecto : Claro
Sabor : Ninguno
Olor : Inolora
El examen bacteriolgico proporciona el grado de contaminacin
por
medio de la cantidad de coliformes que se encuentran en el agua,
existen dos
mtodos para realizar exmenes bacteriolgicos estos son: Membranas
de
filtracin (mtodo de campo), y tubos mltiples de fermentacin.
Es un examen de laboratorio que determina la presencia de
bacterias
presentes en el agua = NMP (nmero ms probable).
La toma de muestra debe de realizarse en un recipiente
esterilizado en
autoclave, la toma de muestra debe de ser de agua corrida, los
resultados son
los siguientes:
-
51
Los resultados del examen bacteriolgico muestran que el agua
no
presenta signos de contaminacin, segn normas COGUAOR NGO 29001
el
agua est en los lmites aceptables para el consumo humano. Por
seguridad se
incorporar un sistema de desinfeccin adecuado. Para el
desarrollo de este
proyecto se utilizar un hipoclorador PP 3015, este equipo es
adecuado para la
desinfectar el agua en pequeas comunidades, con sistema de
gravedad o por
bombeo.
2.2.3. Diseo hidrulico del sistema
El punto de partida para la escogencia de un sistema de
distribucin hidrulica es la seleccin de los tamaos de tubera que
aseguren flujos dentro
de mbitos razonables de velocidad. Clculos de cadas de presin
deben
efectuarse para el sistema establecido.
El diseo del sistema se realiz con base a las prdidas de
carga,
utilizando la frmula de Hazen-William para conductos circulares
a presin. Se
utilizara tubera de cloruro de polivinilo rgido (PVC) de 160
PSI.
2.2.3.1. Descripcin del sistema a utilizar
El sistema de abastecimiento de agua potable que se utiliza para
la
cabecera municipal de Santa Cruz Balany ser por gravedad. Al
determinar las
fuentes que pueden servir, se construir una captacin que renan
las
condiciones sanitarias para captar el agua aforada, y por medio
de tubos de
PVC, transportarla hasta una caja unificadora de caudales, desde
ese punto se
distribuir hacia un tanque de almacenamiento existente.
-
52
2.2.3.2. Normas y criterios de diseo
2.2.3.2.1. Perodo de diseo
El perodo de diseo es el tiempo durante el cual la obra
construida dar un servicio satisfactorio a la poblacin que la
utiliza. Para determinar el perodo
de diseo se debe de tomar en cuenta la vida til de los
materiales, los costos
de los mismos, costo de mantenimiento, la poblacin de diseo,
etc. Las
normas de la Unidad Ejecutora del Programa de Acueductos
Rurales
U.N.E.P.A.R. recomiendan los siguientes perodos de diseo.
Tabla V Perodo de diseo de estructuras
TIPO DE ESTRUCTURA
PERODO DE DISEO
Obras civiles 20 aos
Equipo mecnico De 5 a 10 aos
En este caso se utiliz la vida til segn las normas de la
Unidad
Ejecutora del Programa de Acueductos Rurales U.N.E.P.A.R. para
obras
civiles, que es de 20 aos.
2.2.3.2.2. Dotaciones
Es la cantidad de agua asignada en un da a cada habitante que se
haya
establecido dentro del diseo del proyecto se expresa en litros
por habitante
por da (lts./hab./da).
-
53
Los factores que se consideran en la dotacin son:
El clima Nivel de vida Calidad y cantidad de agua disponible
Se estimo una dotacin de 90 lts/hab/dia, segn criterios de diseo
de
la unidad de planificacin del municipio de Santa Cruz
Balany.
2.2.3.2.3. Crecimiento poblacional
El proyectar las poblaciones son pronsticos que se hacen con
base en
datos estadsticos de censos poblacionales, que se hayan
realizado en el
pasado. Para realizarlas, existen diversos mtodos dentro de los
que se
pueden citar:
Proyeccin aritmtica Proyeccin geomtrica Proyeccin exponencial
Aquellas que se basan en tasas relativas de crecimiento
pasado
Para el diseo del proyecto se tom el mtodo geomtrico por ser el
que
se adapta al crecimiento de pases en vas de desarrollo. La tasa
de
crecimiento poblacional de la comunidad es de 2.0%, que tiene
establecida el
Instituto Nacional de Estadstica (I.N.E.), para el rea urbana y
rural del
municipio de Santa Cruz Balany. La poblacin actual del municipio
es de
6,204 habitantes.
La formula es la siguiente:
-
54
Pf = Pa (1+i)n
Donde:
Pf = Poblacin futura
Pa= Poblacin actual
i= Tasa de crecimiento
n= Periodo de diseo
Sustituyendo se tiene
Pf= 6,024(1+0.02)20
Pf= 9,218 hab.
2.2.3.2.4. Captacin
Es una estructura realizada con el fin de colectar el agua de
las fuentes, y asegurar bajo cualquier condicin, el flujo durante
todo el ao, el tipo de obra
que se utilice est en funcin de las caractersticas de la fuente,
y segn el tipo
de esta.
Las dos fuentes de este proyecto son de brote definido en ladera
por lo
que se construir una captacin tpica.
2.2.3.2.5. Caja unificadora de caudales
Se emplea una caja unificadora de caudales cuando se necesita
unificar
determinado caudal en 2, 3 4 partes, en este caso se construir
de una
dimensin de 1 metro cbico de volumen, ser de mampostera de
piedra, con
acabados interiores la cual se ubica en la estacin 4. Ver
apndices
-
55
2.2.3.3. Diseo de lnea de conduccin
La lnea de conduccin comprende de una tubera que sale de la
captacin hasta el tanque de distribucin.
Datos:
Caudal de nacimientos
Nacimiento 1 = 1.5 lts/seg.
Nacimiento 2 = 0.5 lts/seg.
Constante C =150 para tuberas de PVC
Factor de da mximo = 1.8
Estaciones de diseo
Distancia de la estacin 0+000 a est 0+018.24
Distancia de la estacin 0+018.24 a est 0+107.32
Distancia de la estacin 0+107.32 a est 0+146.31 CUC(caja
unificadora)
Distancia de la estacin 0+146.31 a est 0+210.99
Distancia de la estacin 0+210.99 a est 0+266.02
Nivel de cada estacin de diseo
Nivel de la estacin 0+000 = 1000
Nivel de la estacin 0+018.24 = 998.74
Nivel de la estacin 0+107.33 = 995.11
Nivel de la estacin 0+146.31 = 987.95
Nivel de la estacin 0+210.99 = 978.27
-
56
Nivel de la estacin 0+266.02 = 933.67
Frmula de Hazen William (prdida de carga o prdida de engra)
Hf = 1743.81141xLxQ1.85
D4.87xC1.85
En este caso el caudal de las fuentes ser el caudal medio,
pretendiendo
transportar todo el caudal de los nacimientos, quedando de la
siguiente manera:
Q1= 1.50 lts/seg. Q2= 0.50 lts/seg.
Qc = caudal de conduccin = FDMXQ
Qc = 1.50 x1.8 = 2.70 lts/seg.
Qc = 0.50 x1.8 = 0.90 lts/seg.
El factor de da mximo de 1.8 es considerado por las variaciones
que
presenta el caudal de las fuentes en cuanto a su topografa y
clima.
DISEO DEL TRAMO DE LA EST 0+000 A EST 0+018.24
Q= 2.7 lts/seg
L= 18.24 m
C= 150
Hf= 1.26
-
57
D= ?
D= ( 1743.81141x 18.24x2.71.85 )1/4.87 =1.74 1.26 x1501.85
Por Hazen William el dimetro terico es de 1.74
Q= 2.7 lts/seg. Q = 2.7 lts/seg.
L = 18.24 m L= 18.24 m
C= 150 C= 150
Hf =? Hf =?
D = 1 dimetro interno (1.532) D = 2 dimetro interno (2.193)
Por Hazen William
Hf = 1743.81141x18.24x2.71.85 = 0.41 2.1934.87x1501.85
Hf 1 =1.2199 Hf 2= 0.41
DISEO DEL TRAMO DE LA EST 0+018.24 A EST 0+107.32
Q= 2.7 lts/ seg.
L= 87.82 m
C= 150
Hf= 3.63
D= ?
Por Hazen William el dimetro terico es de 1.94
Q= 2.7 lts/seg. Q= 2.7 lts/seg.
-
58
L= 87.82 m L= 87.82 m
C= 150 C= 150
Hf=? Hf =?
D = 1 dimetro interno (1.532) D = 2 dimetro interno (2.193)
Por Hazen William
Hf 1 =11.61 Hf 2= 2.02
DISEO DEL TRAMO DE LA EST 0+107.32 A EST 0+146.31
Q= 2.7 lts/seg.
L = 38.99 m
C= 150
Hf = 7.16
D = ?
Por Hazen William el dimetro terico es de 1.42
Q= 2.7 lts/seg. Q= 2.7 lts/seg.
L= 38.99 m L= 38.99 m
C= 150 C= 150
H f =? H f=?
D = 1 dimetro interno (1.532) D = 2 dimetro interno (2.193)
Por Hazen William
Hf 1 =5.04 Hf 2= 0.88
-
59
DISEO DEL TRAMO DE LA EST 0+146.31 A EST 0+210.99 En esta
estacin se coloc una caja unificadora de caudales, es por eso que
se suman los caudales, y as se continua diseando.
Q= 3.6 lts/seg.
L= 64.98 m
C= 150
Hf= 9.68
D=?
Por Hazen William el dimetro terico es de 1.65
Q= 3.6 lts/seg. Q= 3.6 lts/seg.
L= 64.98 m L= 64.98 m
C= 150 C= 150
Hf=? Hf= ?
D = 1 dimetro interno (1.532) D = 2 dimetro interno (2.193)
Por Hazen William
Hf 1 =14.30 Hf 2= 2.49
DISEO DEL TRAMO DE LA EST 0+210.99 A EST 0+266.02
Q= 3.6 lts/seg.
L= 55.03 m
C= 150
Hf= 44.60
-
60
D= ?
Por Hazen William el dimetro terico es de 1.17
Q= 3.6 lts./seg. Q= 3.6 lts./seg.
L= 55.04 m L= 55.04 m
C= 150 C= 150
Hf=? Hf=?
D = 1 dimetro interno (1.532) D = 2 dimetro interno (2.193)
Por Hazen William
Hf 1 =12.12 Hf 2= 2.11
Clculo de lnea piezomtrica
Cota Piezomtrica = Cota del Terreno + Presin Dinmica
Presin Dinmica = Piezomtrica Cota del Terreno
Piezomtrica = Cota Inicio Hf.
EST 0+000 A EST 0+018.24
1000-0.41 =999.59
EST 0+018.24 A EST 0+107.32
-
61
998.74-2.02=996.72
EST 0+107.32 A EST 0+146.31
995.11-0.88=994.23
EST 0+146.31 A EST 0+210.99
987.95-2.49=985.46
EST 0+210.99 A EST 0+266.02
978.27-2.11 =978.16
Por funcionalidad y por ser una lnea de conduccin se utilizar
tubera
de dimetro de 2, en toda la lnea de conduccin.
2.2.3.3.1. Sistema de desinfeccin
Con el propsito de proveer agua libre de bacterias, virus y
amebas a los
usuarios, se incorporar un sistema de desinfeccin. En el medio
se aplica
tanto en el rea rural como en el urbana, el cloro, ya sea como
gas o como
compuesto clorados.
Los resultados del examen bacteriolgico muestran que el agua
no
presenta signos de contaminacin, por seguridad se debe
incorporar un sistema
de desinfeccin adecuado. Para el desarrollo de este proyecto se
utilizar un
-
62
hipoclorador 3015, este equipo es adecuado para la desinfectar
el agua en
pequeas comunidades, con sistema de gravedad o por bombeo.
De acuerdo a los resultados de laboratorio el agua es potable,
pero para no correr ningn riego, es necesario inyectar una demanda
de 0.2mg/L de cloro.
El flujo de cloro (fc) en gramos/hora se calcula con la
siguiente frmula:
Fc = QXDcX0.06
Donde:
Q = caudal de agua conducida en litro/minuto:
Dc = demanda de cloro en mg/litro PPG.
