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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
SANITARIO DEL SECTOR CANTÓN ELENA Y DISEÑO DEL
PUENTE VEHICULAR DE ACCESO A LA ALDEA SAN MIGUEL,
MATAQUESCUINTLA, JALAPA
CARLOS ANTONIO OCHAÍTA VILLATORO
Asesorado por el Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, noviembre 2005
I
I
I
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
DISEÑO Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
SANITARIO DEL SECTOR CANTÓN ELENA Y DISEÑO DEL
PUENTE VEHICULAR DE ACCESO A LA ALDEA SAN MIGUEL,
MATAQUESCUINTLA, JALAPA
PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
CARLOS ANTONIO OCHAÍTA VILLATORO
ASESORADO POR EL ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, NOVIEMBRE 2005
III
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I
VOCAL II Ing. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada
VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIA Inga. Marcia Ivonne Véliz Vargas
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
EXAMINADOR Ing. Ángel Roberto Sic García
EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García
SECRETARIA Inga. Marcia Ivonne Véliz Vargas
IV
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 Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
SANITARIO DEL SECTOR CANTÓN ELENA Y DISEÑO DEL
PUENTE VEHICULAR DE ACCESO A LA ALDEA SAN MIGUEL,
MATAQUESCUINTLA, JALAPA
tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Civil el 28 de
abril de 2005.
Carlos Antonio Ochaíta Villatoro
V
AGRADECIMIENTO A:
DIOS Por iluminarme y guiarme en todo momento.
Mis padres Ernesto Bernabé Ochaíta Bonilla y Rosa Susana
Villatoro de Ochaíta, por todo su apoyo.
Mi hermano Jorge Ernesto Ochaíta Villatoro, por todo su
apoyo.
Mi asesor Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta, por
su valiosa asesoría a este trabajo de graduación.
Emmanuel Carrera Morales,
Alcalde Municipal de
Mataquescuintla, Jalapa
Por la oportunidad de realizar mi Ejercicio
Profesional Supervisado (EPS) en esta
institución.
Los ingenieros Mario Corzo y Juan Merck Cos, por todos sus
consejos.
La Facultad de Ingeniería Por formarme como profesional.
La Universidad de San Carlos de
Guatemala
Por ser el templo del conocimiento.
I
V
ACTO QUE DEDICO A:
Mis padres Ernesto Bernabé Ochaíta Bonilla y
Rosa Susana Villatoro Paz de Ochaíta.
Mis hermanos Jorge Ernesto y Susana Leonor, por su
aprecio y cariño.
Mis sobrinos Susan y Ernesto, con mucho cariño.
Mi familia en general Con mucho cariño y afecto.
Mis amigos Alejandro Molina, Daniel Aragón, Rudy
Antonio Pacheco, Enrique Barrios,
Francisco Pastor y a tantos otros en
Quetzaltenango, Mataquescuintla y esta
ciudad capital.
VII
ÍNDICE GENERAL
Pág. ÍNDICE DE ILUSTRACIONES IVLISTA DE SÍMBOLOS VIIGLOSARIO VIIIRESUMEN XOBJETIVOS XIINTRODUCCIÓN XII
1. MONOGRAFÍA DE MATAQUESCUINTLA (CANTÓN ELENA) Y ALDEA SAN MIGUEL
1.1. Monografía de Mataquescuintla (Cantón Elena) 1
1.1.1. Origen del nombre 1
1.1.2. Localización y colindancias 2
1.1.3. Topografía 3
1.1.4. Economía 3
1.1.5. Suelo 3
1.1.6. Demografía y situación social 4
1.1.7. Servicios 5
1.1.8. Actividad económica 5
1.2. Monografía de Aldea San Miguel 5
1.2.1. Origen del nombre 5
1.2.2. Localización y colindancias 6
1.2.3. Topografía 7
1.2.4. Economía 7
1.2.5. Suelo 8
1.2.6. Demografía y situación social 8
1.2.7. Servicios 9
1.2.8. Actividad económica 9
I
2. DISEÑO Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO
SANITARIO DEL SECTOR CANTÓN ELENA
11
2.1. Descripción del proyecto 11
2.2. Levantamiento topográfico 12
2.3. Planimetría 12
2.4. Altimetría 13
2.5. Diseño del sistema 13
2.5.1. Descripción del sistema a utilizar 13
2.5.2. Diseño hidráulico 14
2.5.3. Selección del punto de desfogue 26
2.6. Evaluación del sistema actual 26
2.7. Propuesta de la planta de tratamiento 27
2.8. Impacto ambiental 34
2.9. Presupuesto del proyecto 38
2.10. Cronograma de ejecución 40
3. DISEÑO DEL PUENTE VEHICULAR DE ACCESO A LA ALDEA SAN
MIGUEL
41
3.1. Descripción del proyecto 41
3.2. Criterio y especificaciones para el diseño de puentes de concreto de
sección en viga y losa
41
3.3. Estudio hidrológico 41
3.4. Levantamiento topográfico 44
3.5. Evaluación de la calidad del suelo 44
3.5.1. Valor soporte 44
3.5.2. Teoría del ensayo triaxial 48
3.5.3. Límites de Atterberg 63
3.6. Descripción de la solución propuesta 87
3.7. Diseño del puente vehicular de la aldea San Miguel 87
II
3.7.1. Datos de diseño 87
3.7.2. Diseño de la superestructura 88
3.7.3. Diseño de la subestructura 101
3.8. Presupuesto 113
3.9. Cronograma de ejecución 118
4. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO A 115
4.1. Obras de arte 119
4.2. Tubería 120
4.3. Puente vehicular 122
5. RIESGO Y VULNERABILIDAD 145
5.1. Amenaza existente 145
5.2. Tipos de vulnerabilidad existentes de las poblaciones Cantón Elena y
Aldea San Miguel
147
CONCLUSIONES 149
RECOMENDACIONES 150
BIBLIOGRAFÍA 151
ANEXOS 152
1. Planos proyecto de drenaje 153
Planta general y densidad de vivienda, planta perfil y planos típicos 153
2. Planos proyecto puente vehicular 162
Planos de planta perfil y ubicación, detalles de superestructura y detalles de
subestructura
162
3. Libretas topográficas 165
III
IV
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figuras Pág.
1 Plano de ubicación y localización de Cantón Elena 2
2 Plano de ubicación y localización de Aldea San Miguel 6
3 Detalle de la conexión domiciliar 20
4 Esquemas de planta propuesta “B” 33
5 Área de la sección del río 42
6 Gráfica de factores de capacidad de carga para la aplicación de la teoría de
Terzaghi.
46
7 Diagrama de Mohr para compresión uniaxial 50
8 Diagrama de Mohr para compresión triaxial 50
9 Espécimen cilíndrico sujeto a: a) compresión triaxial y b) cargas separadas 52
10 Tablero de llaves y comandos del equipo de ensaye triaxial 58
11 Partes principales de la máquina de ensaye triaxial 59
12 Fotografía de una máquina de ensaye triaxial 60
13 Modalidad de ensayo consolidado no drenado 62
14 Límites de Atterberg 64
15 Aparato Casagrande y llenado de muestra de suelo en la copa 64
16 Vista de la ranura realizada en la muestra de suelo 65
17 Vista de la ranura realizada en la muestra de suelo 65
18 Momento en el que se cuenta el número de vueltas en la manivela. 65
19 Momento en el que se extrae una muestra para determinar su humedad 66
20 Formación de un cilindro de 3 mm. de diámetro 66
21 Formación de un cilindro de 3 mm. de diámetro 67
22 Medidas del aparato de límite líquido 73
23 Herramientas ranuradoras 74
V
24 Tipo de vehículo y valor de carga viva según norma AASHTO H-20-44 87
25 Geometría de la superestructura 88
26 Diagrama de posición de cargas para obtener momentos máximos 92
27 Diagrama de cuerpo libre y posición de las ruedas del camión en lugar crítico 93
28 Diagrama de corte de la carga muerta 94
29 Detalle de armado y elevación de viga principal 96
30 Detalles de armado en viga (sección transversal) 97
31 Diagrama de posición de cargas que producen corte máximo 97
32 Diagrama de corte de diseño y distribución del espaciamiento de estribos en
viga principal
100
33 Refuerzo en diafragmas (externos) 101
34 Geometría de cortina, viga y diagrama de presiones sobre cortina 101
35 Detalle del apoyo elastométrico 105
36 Geometría y diagrama de presiones del estribo 106
37 Localización de apoyos provisionales y gatos hidráulicos para levantar
puentes
129
38 Procedimiento y equipo de limpieza de grietas en las estructuras de concreto 130
39 Colocación del inyector de pasta para sello de fisuras 130
40 Colocación de equipos e inyección de la pasta 131
41 Limpieza final y retiro de equipos de limpieza en fisura 132
42 Reparación en junta de calzada y puente 133
43 Cambio de juntas en puente y calzada 134
44 Nivelación de juntas entre puente y calzada 134
45 Inserción de neopreno y localización de refuerzos en junta 135
46 Etapas 1 y 2 del encamisado de pilas en puente 139
47 Etapas 3, 4 y 5 del encamisado de pilas en puente 140
48 Pre-esfuerzo longitudinal en puentes 144
49 Pre-esfuerzo transversal en puentes 144
50 Pre-esfuerzo vertical en puentes 144
VI
TABLAS
Pág.
I Datos Censo de Habitación de Mataquescuintla, año 2002 4
II Censo de Habitación de Aldea San Miguel, año 2002 9
III Memoria de cálculo Diseño y Ampliación de Drenajes en Cantón Elena 25
IV Presupuesto del proyecto de Drenajes en Cantón Elena 38
V Valores de factores de forma en función del Ángulo de fricción interna 44
VI Cantidad mínima de muestras de ensaye de límites de Atterberg 69
VII Cálculo del momento de volteo 107
VIII Cálculo del momento estabilizante 107
IX Cálculo de momento de volteo sentido horizontal 111
X Presupuesto del proyecto Puente Vehicular Aldea San Miguel 113
XI Libreta topográfica proyecto Drenajes en Cantón Elena 169
XII Libreta topográfica proyecto Puente Vehicular Aldea San Miguel 170
VII
VIII
LISTA DE SÍMBOLOS
Símbolo Significado
d Altura del tirante de agua dentro de la alcantarilla
AASTHO American Association of Highways and Transportation Officials
ACI American Concrete Institute
As Área de acero
Asmáx Área de acero máximo
Asmín Área de acero mínimo
Astemp Área de acero por temperatura
V.S. Capacidad soporte del suelo
Q Caudal
Q Caudal a sección llena
q Caudal de diseño
D Diámetro de la tubería a sección llena
DGC Dirección General de Caminos
fy Esfuerzo de fluencia del acero
Smáx Espaciamiento máximo de estribos
E Estación
Ф Factor de reducción de esfuerzos
lts./hab./día Litros por habitante por día
lts. / seg. Litros por segundo
mt. Metro
mt.² Metro cuadrado
mt.³ Metro cúbico
mt.³/seg. Metro cúbico por segundo
mt./seg. Metro por segundo
IX
Es Módulo de elasticidad del acero
Mcm Momento de carga muerta
Mcv Momento de carga viva
MI Momento de impacto
Mn Momento normal
Mu Momento último
S% Pendiente en porcentaje de la tubería de drenaje
W Peso % Por ciento
ρ Porcentaje de acero
ρ máx. Porcentaje de acero máximo
ρ mín. Porcentaje de acero mínimo
P.V. Pozo de visita
R Radio hidráulico
a/A Relación de áreas
q/Q Relación de caudales
d/D Relación de tirantes
v/V Relación de velocidades
f'c Resistencia a compresión del concreto a los 28 días
fy Resistencia a tensión del acero
V Velocidad del flujo a sección llena
v Velocidad del flujo en la alcantarilla
X
GLOSARIO
Acera Espacio más elevado que la capa de rodadura donde circulan
los peatones.
Agua residual Son las aguas que son retiradas de una vivienda, comercio o
industria, después de haber sido utilizadas.
Alcantarillado Sistema formado por obras, accesorios, tuberías o conductos
generalmente cerrados, que no trabajan a presión y que
conducen aguas residuales.
Candela domiciliar Receptáculo donde se reciben las aguas negras provenientes
del interior de la vivienda y que conduce al sistema de
drenaje.
Carga muerta Carga permanente en la estructura.
Carga última Carga por su respectivo factor de incertidumbre.
Carga viva Carga no permanente a través del tiempo, se estima que
podrá trasladarse en el futuro de un lugar a otro; debe
tomarse siempre en cuenta para que no ocasione cambios
estructurales.
Caudal Volumen de agua que pasa por unidad de tiempo.
Concreto ciclópeo Material de construcción con aspecto de piedra, obtenido de
una mezcla proporcionada de cemento, arena, piedra y agua;
a diferencia del concreto reforzado, los áridos son mucho
más gruesos.
Concreto reforzado Material de construcción obtenido de una mezcla de
cemento, arena, grava y agua; como refuerzo se colocan
varillas de acero corrugado.
XI
Contaminación del agua Es la polución de ésta, que produce o puede producir
enfermedad y aún la muerte del consumidor.
Cota de cimentación Altura donde se construyen los cimientos referidos a un
nivel determinado.
Cota Invert Es la Cota de la parte inferior del diámetro interno de la
tubería instalada.
Empuje Fuerza ejercida por el suelo a la estructura.
Estribo Muro que soporta a la superestructura y transmite el peso al
suelo.
Factor de rugosidad Factor que expresa el tipo de superficie de la tubería.
Fuerza de sismo Carga que es inducida por un sismo y que provoca esfuerzos
en la subestructura.
Losa Elemento estructural, plano, que soporta directamente las
cargas vehiculares y las trasmite a diferentes apoyos.
Puente Estructura que permite librar obstáculos.
Subestructura Conjunto de elementos que han sido diseñados para soportar
la superestructura de un puente y transmitir las cargas al
suelo.
Suelo Delgada capa sobre la corteza terrestre, de material que
proviene de la desintegración o alteración física y/o química
de las rocas y de los residuos de la actividad de seres vivos.
Superestructura Conjunto de elementos diseñados para soportar las cargas de
tráfico y transmitirlas a la subestructura.
Viga de diafragma Vigas transversales a las vigas longitudinales en la
superestructura para rigidizarla ante cargas laterales.
Volteo Elemento de la fuerza horizontal, que tiende a voltear el
estribo respecto al borde exterior.
XII
RESUMEN
El trabajo de graduación que a continuación se presenta, muestra como resultado el
diseño de dos proyectos realizados en el municipio de Mataquescuintla, Jalapa,
específicamente en Cantón Elena y Aldea San Miguel.
En Cantón Elena se diseñó un sistema de drenaje sanitario con tubería de PVC de
varios diámetros y pozos de visita, y se hace la propuesta de dos tipos de planta de
tratamiento de agua residual.
En Aldea San Miguel se diseñó un puente vehicular de una vía, de 11 metros de
luz por 4.5 metros de ancho, para soportar una carga según la norma AASHTO H-20-44;
la superestructura será de concreto armado y la subestructura de concreto ciclópeo. Para
el análisis se utilizaron las normas AASHTO y ACI.
XIII
XIV
OBJETIVOS
• Generales
1. Diseñar un sistema de drenajes domiciliar para el sector denominado Cantón Elena
del municipio de Mataquescuintla, Jalapa, que cumpla con normas de diseño
vigentes en nuestro país.
2. Diseñar un puente vehicular para la Aldea San Miguel de Mataquescuintla Jalapa,
cuya construcción esté al alcance económico de la Municipalidad y Consejos de
Desarrollo.
• Específico
1. Proporcionar un estudio completo a la Municipalidad de Mataquescuintla, que
incluya: diseño, memorias de cálculo, presupuesto y juego de planos de los
proyectos de drenaje y puente vehicular para las comunidades de Cantón Elena y
Aldea San Miguel. Como contribución del Ejercicio Profesional Supervisado de la
Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala.
XV
XVI
INTRODUCCIÓN
El área rural de nuestro país tiene carencia de infraestructura y de servicios
básicos, motivo por el cual las comunidades no han podido mejorar sus condiciones de
vida.
El municipio de Mataquescuintla no es la excepción. La falta de un puente
vehicular dificulta a los habitantes el traslado de sus productos en forma rápida y segura.
La falta de un edificio escolar implica aulas improvisadas, espacios reducidos, y
dificulta el aprendizaje para los niños.
El trabajo está orientado a plantear soluciones al realizar el diseño de un puente
vehicular para la aldea San Miguel y el diseño de un sistema de alcantarillado sanitario
domiciliar para Cantón Elena, que es parte de la zona 4 de la villa de Mataquescuintla.
XVII
XVIII
1. MONOGRAFÍAS DE MATAQUESCUINTLA (CANTÓN ELENA)
Y ALDEA SAN MIGUEL
1.1. Monografía de Mataquescuintla (Cantón Elena)
1.1.1. Origen del nombre
Aunque no se conoce con certeza el significado de la palabra Mataquescuintla, se
cree que se origina de las conjunciones de la voz, Matatl, que significa bolsa, red o
matate de pita y del vocablo, Istscuintli, para denominar a cierta clase de perro nativo
conocido como tepezcuintle. *
Con respecto a Cantón Elena, se dice que la población escogió este nombre en
honor a la Virgen de Santa Elena.
Otra versión refiere que el pueblo se llamó primitivamente Izquintepeque, nombre
pipil que significa CERRO DE LOS PERROS probablemente porque en las montañas se
criaban muchos tepezcuintles.
En el lenguaje popular, MATAQUESCUINTLA es conocida como Colís o San
Miguel de Colís, nombre legado por los españoles por haber sido ellos, los que iniciaron
la siembra de la coliflor y otras legumbres.
Según Fuentes y Guzmán el nombre se deriva de la palabra Mataquescuinte, que
quiere decir diez perros, de Matacti, e Izquint.
* FUENTE. INSTITUTO GEOGRÁFICO NACIONAL DE GUATEMALA, DICCIONARIO GEOGRÁFICO NACIONAL DE GUATEMALA TOMO II, 1978. PÁG. 601
1
1.1.2. Localización y colindancias
Ubicado en la zona oriental de Guatemala y según mapa cartográfico,
proporcionado por el Instituto Geográfico Nacional IGN, la Villa de Mataquescuintla
tiene como coordenadas de localización:
Latitud 14° 30’ 45” Norte
Longitud 90° 11’ 05’’ Oeste
Altitud respecto del banco de marca más cercano (B. M.) 1,641mt. s. n. m.
Figura 1. Plano de ubicación y localización de Cantón Elena.
Colindancias:
• Al norte: con el departamento de Jalapa y el municipio de Palencia (Guatemala)
• Al este con San Carlos Alzatate (Jalapa) y San Rafael Las Flores (Santa Rosa)
• Al sur con Santa Rosa de Lima, Nueva Santa Rosa, Casillas y San Rafael Las Flores
(Santa Rosa)
• Al oeste con Santa Rosa de Lima (Santa Rosa) y San José Pinula, Guatemala.
2
Con una extensión territorial es de 287 kilómetros cuadrados, el municipio de
Mataquescuintla ocupa dentro del departamento de Jalapa, el tercer lugar en cuanto a la
extensión, el primero lo ocupa la cabecera de Jalapa, y el segundo San Pedro Pinula.
1.1.3. Topografía
Respecto a las diferentes formas y los principales detalles naturales y
particularidades del terreno donde se localiza Mataquescuintla, este municipio está
rodeado por 8 montañas y 6 cerros; le riegan 28 ríos, 24 riachuelos y 44 quebradas,
además de contar con la laguneta conocida como El Pozo.
1.1.4. Economía
Con respecto a la producción agropecuaria el cultivo de café ha sido por mucho
tiempo la actividad económica más importante de los pobladores de la villa; actividad
que genera fuentes de trabajo para los habitantes de la región y a los que emigran del
occidente y la costa sur. También cabe mencionar el cultivo de granos como el maíz y
frijol para consumo local.
Seguido de estas actividades se encuentran la explotación del ganado lechero y sus
derivados, y entre las principales especies de plantas frutales cultivadas en el lugar están:
el mango, níspero, naranja, lima, banano, jocote, guayaba, chilacayote, limón, piña, y
plátano.
1.1.5. Suelo
Según los registros del Instituto Nacional de Estadística (INE), el suelo del
municipio de Mataquescuintla se clasifica como material originario de ceniza volcánica.
3
Altitudes que van de los 300 a 2,000 metros sobre el nivel del mar, relieve muy
inclinado e intensidad de drenaje que va de bueno a muy bueno.
1.1.6. Demografía y situación social de Mataquescuintla
En la siguiente tabla se presenta resultados de dos tipos de censos realizados en la
villa de Mataquescuintla, de habitación y población; obtenidos de la base de datos del
Instituto Nacional de Estadística (INE), correspondientes al último censo, (XI) de
población y habitación realizado en el año 2,002.
CENSO DE HABITACIÓN DE MATAQUESCUINTLA Tabla I
Tipo de local (viviendas)
Total Viv. Formales Apartamento Palomar Ranchos Improvisadas Otros
1,688 1,597 14 1 11 23 42
Servicios (en hogares)
Agua: 1,237 Drenaje: 898 Electricidad: 1,281 Total hogares: 1,410
CENSO DE POBLACIÓN (6,985 Habitantes)
Hombres: 3,415 Mujeres: 3,570
Grupos por edades
De 0 a 6 años:
1,449
De 7 a 14 años:
1,526
De 15 a 64 años:
3,642
De 65 y más: 368
Grupo étnico (indígenas): 68 Grupo étnico (no indígenas): 6,917
Alfabetismo (alfabetos): 4,052 Alfabetismo (analfabetas): 1,484
Nivel de escolaridad
Ninguno:1,464 Preprimaria:35 Primaria: 3,056 Media: 896 Superior: 85
P. E. A. Hombres: 3,415 P. E. A. Mujeres: 3,570
4
1.1.7. Servicios
Entre los principales servicios con que cuentan los vecinos de esta villa están los
siguientes: oficina de correos, teléfonos públicos, residenciales y celulares; estación de
bomberos voluntarios, estación de Policía Nacional Civil, un centro de salud, 3 agencias
bancarias, un estudio fotográfico, salas de Internet, 3 farmacias, restaurantes, cafeterías,
comedores, Iglesia Católica, Templo evangélico, campo de fútbol, un mercado
municipal, un salón de usos múltiples, colegios de primaria educación media, un
instituto de peritos contadores y una sede de la Universidad Galileo.
1.1.8. Actividad económica
La principal actividad económica de los pobladores de la villa ha sido el cultivo y
comercialización de los diferentes tipos de café, y el envío de remesas económicas desde
Estados Unidos.
1.2. Monografía de Aldea San Miguel
1.2.1. Origen del nombre
Antes de la llegada de los españoles vivía en esta región el pueblo Nahual de los
pipiles que actualmente habitan en San Carlos Alzatate y El Salvador. La Aldea San
Miguel era un área montañosa habitada por animales salvajes como tigres y coyotes.
Tiempo después empezó a habitar una familia, que en su casa tenían una imagen
de San Miguel Arcángel. A la Aldea de San Miguel en ese entonces se le llamaba San
Miguel Ermita.
5
1.2.2. Localización y colindancias
Ubicada en la zona oriental de la Republica de Guatemala, la Aldea San Miguel,
limita al norte con las aldeas Agua Caliente y Sampaquisoy, al sur con la aldea el
Terrero, al este con la aldea Sansupo y al oeste con la aldea el Colorado y el Aguacatillo.
l
Figura 2. Plano de ubicación y localización de Aldea San Migue1.2.2.1. Vías de acceso
El acceso a esta población desde la ciudad capital es de 114 kilómetros; 54
kilómetros de la ciudad capital hacia Barberena por la carretera CA-1, 50 kilómetros
desde Barberena pasando por los poblados de Nueva Santa Rosa, Santa Rosa de Lima,
Casillas, San Rafael Las Flores y Mataquescuintla; y por último 8 kilómetros al sur oeste
de Mataquescuintla pasando por la finca Vizcaya y Aldea el Terrero.
6
También se puede comunicar por el norte, con la capital de Guatemala pasando por
la finca El Agua Tibia y la aldea El Agua Caliente.
1.2.3. Topografía
Su altura es de 1,450 metros sobre el nivel del mar. La mayor parte del municipio
posee terreno quebrado, con poca pendiente, mientras que la periferia está rodeada por
montañas, que son partes altas y por los ríos Piedras Negras, Ixtimpaj y El Gavilán.
No hay una planificación de la aldea, ni tampoco existe un levantamiento de
nomenclatura para la organización de direcciones y las construcciones nuevas no se
hacen con ninguna autorización municipal.
1.2.4. Economía
La principal actividad económica de los pobladores de la aldea es el cultivo de
diferentes tipos de café que desde el año 1943 ha sido el Café Árabe, y el Café Pache;
las semillas del Café Pache se sacaron de las costas del mar. El café se sacaba en oro y
se vendía en Sanarate.
La aldea de San Miguel cuenta con una flora variada en especie y vegetales que
corresponden a distintos géneros y familias, pero mencionaremos algunas de las más
importantes como lo son las plantas frutales, medicinales, condimentarías y alimenticias.
1. Plantas frutales: entre estas se encuentra el mango, níspero, naranja, lima, banano,
jocote, guayaba, chilacayote, limón, piña, plátano etc.
2. Plantas medicinales: entre ellas podemos mencionar: la ruda, cilantro, malva,
higüerillo, chichicaste, sábila, palo de jiote, té de limón, hierbabuena, apazote, etc.
7
3. Plantas condimentarias: cilantro, cebolla, tomate, limón, hierbabuena, miltomate,
apazote, achiote, tomillo, laurel, orégano, etc.
4. Plantas alimenticias: aguacate, ayote, bledos, berros, güisquil, flor de izote, repollo,
café, frijol, Papa, Chipilín, Rábano, Lechuga, Zanahoria, Coliflor, Brócoli.
Producciones Naturales, fauna, su clasificación y utilidad:
• La Fauna
1. Mamíferos: caballos, vacas, perros, gatos, murciélagos, cabras, ratones, ardillas,
conejos, cerdos.
2. Ovíparos: patos, palomas, gallinas, guajolotes, aves, ranas, peces, arañas, etc.
3. Anfibios: ranas, sapos, cangrejos, lagartos, y patos.
1.2.5. Suelo
Tanto en las proximidades de la aldea como en el lugar donde ésta se estableció el
suelo esta compuesto de una gran cantidad de cantos rodados y limo arenoso debido a la
proximidad de los tres ríos que existen en el lugar.
1.2.6. Demografía y situación social de Aldea San Miguel
En la siguiente tabla se presenta resultados de dos tipos de censos realizados en la
aldea de San Miguel, de habitación y población; obtenidos de la base de datos del
Instituto Nacional de Estadística (INE), correspondientes al último censo, (XI) de
población y habitación realizado en el año 2,002.
8
CENSO DE HABITACIÓN DE ALDEA SAN MIGUEL Tabla II
Tipo de local (viviendas)
Total Viv. Formales Apartamento Palomar Ranchos Improvisadas Otros
175 173 --- --- 1 1 ---
Servicios (en hogares)
Agua: 103 Drenaje: 1 Electricidad: 119 Total hogares: 145
CENSO DE POBLACIÓN (810 Habitantes)
Hombres: 396 Mujeres: 414
Grupos por edades
De 0 a 6 años: 169 De 7 a 14 años: 180 De 15 a 64 años: 422 De 65 y más: 39
Grupo étnico (indígenas): 1 Grupo étnico (no indígenas): 809
Alfabetismo (alfabetas): 435 Alfabetismo (analfabetas): 206
Nivel de escolaridad
Ninguno: 205 Preprimaria:1 Primaria: 363 Media: 72 Superior: ---
P. E. A. Hombres: 207 P. E. A. Mujeres: 21
1.2.7. Servicios Públicos
Entre los principales servicios con que cuentan los vecinos de esta aldea están los
siguientes: teléfonos celulares, Iglesia Católica, Templo evangélico y un campo de
fútbol.
1.2.8. Actividad económica
La principal actividad económica de los pobladores de la aldea ha sido el cultivo y
comercialización de los diferentes tipos de café, y el envío de remesas económicas desde
Estados Unidos.
9
10
2. DISEÑO Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE
ALCANTARILLADO SANITARIO DEL SECTOR CANTÓN
ELENA
2.1. Descripción del proyecto
El diseño de ampliación del drenaje sanitario, se realizó mediante un estudio de la
población futura del sector en donde servirá el proyecto y las condiciones del sistema
que sustituirá al sistema existente. El proyecto de ampliación consta de 41 pozos de
visita; 14 ejes de tubería de varios diámetros con una longitud horizontal total de
3,736.08 mt, los cuales se enumeraron en el orden en el que se realizó el cálculo
hidráulico; a cada eje le corresponde un plano de planta y uno de perfil.
El caudal acumulado de Cantón Elena se reúne en el pozo de vista número 18, y de
éste, se dirige la tubería hacia la estación donde actualmente se encuentra el sistema de
tratamiento primario, donde se propone instalar una planta de tratamiento de P. V. C.
para agua residual. Posteriormente el caudal de aguas ya tratadas será descargado en el
río El Molino, el cual recoge las aguas servidas del colector municipal.
La tubería diseñada para este caso será de P. V. C. norma ASTM F-949; los pozos
de visita serán de mampostería con un diámetro de 1.20 metros; las tapaderas de los
pozos serán circulares y de concreto armado con un diámetro de 0.85 metros y un
espesor de 0.12 metros, el refuerzo de las tapaderas será número 4 en ambos sentidos.
Las conexiones domiciliares serán de tubería P. V. C. de 4 pulgadas norma ASTM
F-949, las candelas serán de tubos de concreto de 16 pulgadas de diámetro y contarán
con sus respectivas tapaderas de concreto.
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2.2. Levantamiento topográfico
En el levantamiento topográfico se tomó en cuenta el área que actualmente está
edificada y la de futuro desarrollo, incluyendo la localización exacta de las calles,
edificios, alineación municipal, ubicación de los mismos, carreteras y todas aquellas
estructuras que guarden relación con el problema a resolver o influyan en el diseño.
Tanto en el levantamiento topográfico de la población como en el de las líneas de
descarga, se tomarán en cuenta las quebradas, zanjas, cursos de agua, elevaciones,
depresiones, etc.
Los datos de todo el levantamiento topográfico están claramente consignados en la
libreta de campo, y acompañados de croquis y esquemas correspondientes, los que
deberán respetarse al ser ejecutada la obra, a medida que avanza el trabajo.
2.3. Planimetría
El método de levantamiento Planimétrico que se utilizó en este proyecto, fue el de
conservación del azimut, con vuelta de campana.
El equipo utilizado para realizar el levantamiento topográfico fue:
• Teodolito Wild T-1
• Estadia
• Cinta métrica de 100 metros
• Plomada de centro
• Estacas
12
2.4. Altimetría
El levantamiento se realizó por medio de nivelación taquimétrica, utilizando para
el efecto el mismo equipo de planimetría. La fórmula utilizada para la cota de cada
estación es:
( ) ( )ZSEN*HI-HS*K21HMAICantCT 2⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛+−+=
Donde: Cant = cota anterior
AI = altura de instrumento
HS = hilo superior
HM = hilo medio
HI = hilo inferior
K = constante del aparato = 100
Z = ángulo cenital
2.5. Diseño del sistema
2.5.1. Descripción del sistema a utilizar
Como lo estipulan las normas para diseño de alcantarillados INFOM-2001 en su
capítulo 2: en general y salvo razones especiales, se proyectarán sistemas de
alcantarillado sanitario del cual están excluidos los caudales de agua de lluvia
provenientes de calles, techos y otras superficies.
El sistema se diseñó como sistema por gravedad, con los conductos funcionando
como canales parcialmente llenos.
13
2.5.2. Diseño hidráulico
2.5.2.1. Período de diseño
Es el período de tiempo que el sistema de alcantarillado sanitario prestará servicio
de forma eficiente en un 100% a la población, pasado este período es necesario
rehabilitar el mismo. Según las normas de diseño INFOM, el período de diseño
adoptado para este proyecto es de 40 años, habiendo tomado en cuenta factores como:
vida útil de las estructuras, la antigüedad, y desgaste natural que sufren los materiales; la
facilidad para hacer ampliaciones, la relación anticipada del crecimiento de la población,
incluyendo en lo posible el desarrollo urbanístico, comercial o industrial de las áreas
adyacentes.
2.5.2.2. Población de diseño
Para determinar la población de diseño futura Pf, se tomó una densidad
poblacional de 5 habitantes por vivienda de un total de 317 viviendas, obteniendo una
población actual Pa = 1,585 habitantes; como tasa de incremento r = 4% y como período
de diseño n = 40 años, según la fórmula:
( )nr1*PaPf +=
Pf = 7,610 habitantes
2.5.2.3. Dotación
La dotación es la cantidad de agua asignada a cada habitante por un día. Se expresa
en litros/habitantes/día. Los factores que se deben considerar para determinar la
dotación son: clima, nivel de vida, actividad productiva, servicios comunales o públicos,
facilidad de drenajes y administración del sistema. La dotación que se aplicó para este
proyecto es de 150 litros/habitante/día, según normas INFOM para agua potable.
14
2.5.2.4. Factor de retorno
Es el factor que indica la cantidad de agua que las personas retornan al
alcantarillado sanitario, su valor se estima que está en un rango que va del 70% al 90%
de la dotación de agua potable. Para este proyecto se tomó un factor de retorno del 80%.
2.5.2.5. Factor de flujo instantáneo
Es el factor que representa la probabilidad de que múltiples accesorios sanitarios
de las viviendas se estén utilizando simultáneamente en una comunidad horas pico.
Llamado también Factor de Harmond (FH), regula un valor máximo de aportaciones por
uso doméstico, se calcula para cada tramo de la red por medio de la fórmula:
( ) ( )P4 / P18FH ++=
Donde: FH = Factor de Harmond y P = población expresada en miles de habitantes
El factor de flujo instantáneo varía para cada tramo de acuerdo al número de
habitantes acumulados en ese tramo, por lo tanto también es diferente el valor de flujo
actual al valor de flujo futuro.
2.5.2.6. Caudal sanitario
2.5.2.6.1. Caudal domiciliar
Es el agua que ha sido utilizada en viviendas para uso personal, limpieza o
producción de alimentos y luego es desechada y conducida hacia la red de alcantarillado
sanitario. El caudal domiciliar está dado por la siguiente fórmula:
86,400 / FR*Pf*dotaciónqdom =
=domq (150 lts./hab./día) * (7,610 hab.) * (0.8) / 86,400 =
qdom = 10.57 lts. /seg.
15
2.5.2.6.2. Caudal de infiltración
Para la estimación del caudal de infiltración que entra en la alcantarilla, se toma en
cuenta la profundidad del nivel freático, la permeabilidad del terreno, el tipo de juntas
usadas en las tuberías y la calidad de mano de obra y supervisión con que se cuenta
durante la construcción. Hay dos formas de medirlo, una es en litros diarios por hectárea
y la otra en litros diarios por kilómetro de tubería, incluyendo la longitud de la tubería de
entronques domiciliares. Este factor puede variar entre 16,000 y 20,000 litros diarios
por kilómetro de tubería, y está dado por la fórmula siguiente:
Q inf. = Fact inf. * mt. de tubería + número de casas fut.*6mt. / 861400,000
Para el caso del sistema de alcantarillado sanitario de Cantón Elena, el caudal de
infiltración es cero debido a que el material a utilizar es tubería de P. V. C. norma
ASTM F-949 (q inf. = 0.00 lts. / seg.)
2.5.2.6.3. Caudal de conexiones ilícitas
Por ser un sistema separativo, se considera ilícito el aporte de agua de lluvia que se
introduce al sistema de alcantarillado sanitario, proveniente de la conexión que hacen los
usuarios de sus bajadas pluviales al sistema de drenaje. Entre los métodos que se aplica
para determinar el caudal de aporte pluvial al sistema sanitario están:
2.5.2.6.3.1. Determinación de caudal pluvial por el
Método Racional
Éste representa un porcentaje del total de conexiones, como una función del área de
techos, patios y permeabilidad del suelo, así como de la intensidad de lluvia.
16
Se calcula según la fórmula siguiente: 360
A*I*CQpluvial =
Donde: Q pluvial = caudal de conexiones ilícitas
C = coeficiente de escorrentía (en techos y patios)
I = intensidad de lluvia en el área mm./hora
A = área en hectáreas (área estimada para techos y patios)
El coeficiente de escorrentía está en función directa del tipo de superficie por donde
corre el agua pluvial, sean éstos patios y techos de las viviendas. La intensidad de
lluvia, se expresa en mm./hora, se determina por medio de la siguiente fórmula:
78.4T125,3I
+=
Donde T es el tiempo de concentración; para Guatemala este es de 16 minutos.
2.5.2.6.3.2. Método utilizado por la Municipalidad de Guatemala
Se toma como conexiones ilícitas un caudal de 100 l./hab./día
Q pluvial = (100 lts. /hab./día) * (población) / 86,400
Q pluvial = (100 lts. /hab./día) * (392 hab.) / 86,400
Q pluvial = 8.81 lts. /seg.
2.5.2.6.3.3. Métodos de textos y otras publicaciones varias
Toman para posibles conexiones ilícitas 150 litros/hab./día
Q pluvial = (150 lts. /hab./día)*(7610 hab.) / 86,400
Q pluvial = 13.21 lts. /seg.
2.5.2.6.3.4. Método aplicado según el criterio del Instituto de
Fomento Municipal (INFOM)
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Toma para conexiones ilícitas un 10% del caudal domiciliar.
Q pluvial = 10% (Caudal domiciliar)
Q pluvial = 10 % (10.57 lts. /seg.)
Q pluvial = 1.06 lts. /seg.
El método más indicado para determinar el caudal de conexiones ilícitas es el
racional, que a continuación se presenta:
q conex. Ilícitas = 360
A*I*C 360
A*I*C techospatios + =360
0.04 * 166.40 * 0.40360
0.018 * 166.40 * 0.90+ =
q conex. Ilícitas = 14.90 lts. /seg.
2.5.2.7. Factor de caudal medio
Es el factor que regula la aportación de caudal en la tubería, éste es la suma de
todas las aguas negras domésticas, conexiones ilícitas, infiltración, comercial e
industrial. Y se expresa en lts. / (hab. * seg.). Este factor debe de estar dentro del
siguiente rango:
0.002 ≤ FQM ≤ 0.005
Si se obtiene un valor inferior al rango anterior se tomará 0.002, y si por el
contrario se obtiene un valor mayor a este rango se tomará 0.005. El factor de caudal
medio está dado por: Población
qFQM Σ=
Σq = q dom. + q inf. + q ilícitas + q industrial
Para este proyecto se tomaron en cuenta los caudales doméstico e industrial igual a
0.006 lts. /seg., debido a que se encuentra una fábrica de block en el lugar y a que se esta
diseñando con tubería PVC.
18
FQM = (10.56 lts. /seg. + 0 + 14.90 lts. /seg. + 0.006 lts. /seg.) / 7,610 hab. = 0.0034
Para este proyecto se tomó FQM = 0.0035
2.5.2.8. Caudal de diseño
Este es el caudal con el que se diseñará cada tramo del sistema sanitario, y está
dado por la suma de los caudales domiciliar, comercial, industrial, infiltración y de
conexiones ilícitas. El caudal de diseño de cada tramo (actual y futuro) será igual a
multiplicar el factor de caudal medio, el factor de Harmond (actual y futuro) y el número
de habitantes a servir (actuales y futuros), según la siguiente fórmula:
q diseño = FQM * FH * Población
2.5.2.9. Diseño de secciones y pendientes
Se usarán en el diseño, secciones circulares funcionando como canales a sección
parcialmente llena; el máximo permitido es un 75% y el mínimo 10% del diámetro del
tubo para que la alcantarilla tanto en el presente como en el futuro, pueda trabajar como
canal abierto, al circular el agua por acción de la gravedad y sin ninguna presión. Las
alcantarillas deben diseñarse de modo que la velocidad mínima de las aguas servidas sea
0.60 mt. /seg. y una máxima de 3.0 mt. /seg. Para ello se utilizará la fórmula de
Manning, que es la siguiente:
( ) 2/13/2 S*R*n/1V =
( ) 2/13/2 S*D*n/1*03429.0V =
Donde: V = Velocidad del flujo a sección llena (mt. /seg.)
R = Radio hidráulico (mt.)
D = Diámetro de la sección circular en pulgadas
S = Pendiente de la gradiente hidráulica (mt. /mt.)
n = Coeficiente de rugosidad de Manning (n = 0.010 para PVC)
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Para tubería de PVC el diámetro mínimo a utilizar en los alcantarillados sanitarios
será de 6 pulgadas, y una pendiente mínima de 0.5 %. Para las conexiones domiciliares
se podrá utilizar tubería de 4 pulgadas PVC, ésta deberá formar un ángulo horizontal con
respecto a la línea central de aproximadamente 45 grados en el sentido de la corriente;
ver figura siguiente:
Figura 3. Detalle de la conexión domiciliar.2.5.2.10. Velocidades máxima y mínima
La velocidad del flujo en tubería de PVC para agua residual, no deberá ser menor a
0.50 mt./seg. esto para proporcionar una acción de auto limpieza en las tuberías, y una
velocidad máxima de 5.0 mt./seg., a sección llena; pero debido a que los alcantarillados
trabajan a secciones parcialmente llenas se recomienda mantenerse en un rango de 0.3
mt./seg. a 3.0 mt./seg.
2.5.2.11. Cotas Invert
La cota Invert es la distancia que existe entre el nivel de la rasante del suelo y el
nivel inferior interior de la tubería, se debe verificar que la cota Invert sea, al menos,
igual al recubrimiento mínimo necesario de la tubería. Las cotas Invert se calculan con
base en la pendiente del terreno y la distancia entre un pozo y otro. Para el diseño de las
cotas Invert se tomaron en cuenta las siguientes normas:
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• La diferencia de cotas Invert entre las tuberías que entran y salen de un pozo de
visita será como mínimo de 0.03 mt.
• Cuando la diferencia de cotas Invert entre la tubería que entra y la que sale en un
pozo de visita sea mayor a 0.70 metros deberá diseñarse un accesorio especial
que encauce el caudal con un mínimo de turbulencia.
• Cuando a un pozo de visita llega una tubería y salen dos tuberías, todas de igual
diámetro, una de corrimiento y otra inicial, la tubería de corrimiento debe de
colocarse por lo menos un diámetro debajo de la tubería de ramal inicial y por lo
menos 0.03 mt.. de la tubería de llegada.
• Cuando a un pozo de visita llegan dos o más tuberías todas de igual diámetro la
tubería de salida debe de colocarse por lo menos a 0.03 mt. debajo de la tubería
que llegue a mayor profundidad.
• Cuando a un pozo de visita llega una tubería y salen 3 ramales, dos iniciales y
uno de corrimiento la tubería de corrimiento debe de colocarse como mínimo un
diámetro debajo de la tubería de ramal inicial de mayor profundidad y por lo
menos 0.03 mt. debajo de la tubería de llegada.
2.5.2.12. Diámetro de la tubería
La tubería en alcantarillados no debe ser menor a 6 pulgadas en colectores, y 4
pulgadas en conexiones domiciliares, para tubería de PVC. Para el diseño del diámetro
del colector se deberá tomar en cuenta la población a servir, las velocidades máximas y
mínimas, y el tirante máximo y mínimo los cuales son 0.10 diámetros y 0.75 diámetros
respectivamente.
21
La tubería a utilizar en esta ampliación será de PVC norma ASTM F-949 tanto en
el colector principal como para conexiones domiciliares.
2.5.2.13. Pozos de visita
Son parte de las obras accesorias de un alcantarillado y son empleados como
medios de inspección y limpieza. Según las normas para construcción de
alcantarillados, se recomienda colocar pozos de visita en los siguientes casos.
• En toda intercepción de colectores
• Al inicio de todo colector
• En todo cambio de sección o diámetro y pendiente.
• En todo cambio de dirección
• En tramos rectos, a distancias no mayores de 100 metros.
2.5.2.14. Conexiones domiciliares
Tienen la finalidad de llevar las aguas servidas desde una vivienda o edificio a una
alcantarilla común o a un punto de desagüe.
La conexión doméstica se hará por medio de tubos de cemento colocados
verticalmente, en la cual se une la tubería proveniente del drenaje de la edificación a
servir con la tubería que desaguará en el colector principal.
La tubería entre la caja de inspección y el colector debe colocarse con una
pendiente del 2% como mínimo.
22
2.5.2.15. Profundidad de la tubería
La tubería tendrá un recubrimiento mínimo sobre la corona de 1.00 mt. para el
colector principal y de 0.80 mt. para conexiones domiciliares.
2.5.2.16. Principios y relaciones hidráulicas
Las alcantarillas basan su funcionamiento en transportar el agua de desecho en
conductos libres que están en contacto con el aire, a los que se les conoce como canales.
El flujo queda determinado por la pendiente del canal y la superficie del material del
cual está construido. Las relaciones hidráulicas vienen dadas por la relación de
caudales, tirantes y velocidades a secciones parciales con secciones llenas. La relación
de caudales q/Q debe ser menor o igual a 0.75 y la relación de tirantes debe oscilar entre
0.1 y 0.75. La velocidad a sección parcial debe estar en el rango de 0.6 a 3.0 mt. /seg.
2.5.2.17. Diseño de la red de alcantarillado sanitario
El diseño de alcantarillado sanitario se realizó con tubería de PVC, éste se diseñó
para un estado de saturación tomando 5 habitantes por lote y se utilizará un diámetro
mínimo de 6 pulgadas.
A continuación se da un listado de las fórmulas utilizadas en el diseño del
proyecto, la totalidad del diseño puede verse en la Tabla 2.
• Pendiente del terreno: Pt = (H2 – H1) * 100% / dist.
• Densidad de vivienda = Habitantes/lote = 5 habitantes
• Cálculo del factor de Harmond (FH):
( ) ( )P4/P18FH ++= , P = población en miles
• Cálculo del caudal de diseño: Qdis. = (número de hab.) * (FQM) * (FH)
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• Velocidad a sección llena (V)
Se utiliza la fórmula de Manning para calcular la velocidad a sección llena de la
tubería de diámetro 6 pulgadas.
( ) 2/13/2 S*R*n/1V =• Caudal a sección llena: Q = Velocidad * Área
• Relación q/Q
Teniendo el valor q/Q, se encuentra por medio de tablas de relaciones hidráulicas
los valores correspondientes de: v/V y d/D
• Velocidad de diseño (v): v = (v/V) * V
Donde: v = velocidad de diseño a sección parcialmente llena.
v/V = valor obtenido de las tablas de relaciones hidráulicas
V = velocidad a sección llena
• Cálculo del tirante (d)
El tirante de agua, para que no exista taponamiento en la tubería, ni se sobrepase la
capacidad del tubo, debe cumplir con la siguiente condición: d = (d/D) * D
0.75D d 0.10D ≤≤
• Cálculo de la cota Invert
El recubrimiento mínimo de tubería es de 1.00 metro para tránsito liviano y
1.20 para tránsito pesado. Y la cota Invert se calcula con la siguiente fórmula:
100DH)*(S -CIS1 CIE2 =
Donde: CIE2 = Cota Invert de entrada del pozo a estudiar
CIS1 = Cota Invert de salida del pozo anterior
S = Pendiente de tubería
DH = Distancia Horizontal
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Tabla III. MEMORIA DE CÁLCULO PROYECTO DISEÑO DE DRENAJE SANITARIO DE CANTÓN ELENA, MATAQUESCUINTLA, JALAPA.De A S% Fqm Diám. S% Vol. ExcavP.V. P.V. Inicio Final Terreno Local Acum. Actual Futuro Actual Futuro l/s/hab (pulg.) Tubo Vel. (m/s) Q (l/s) Actual Futura Actual Fut. Inicio Final Inicio Final m3
1 2 1063.89 1054.32 85.12 11.24 13 13 78 374.48 4.27 4.04 0.0035 6 9 3.40 61.96 1.32 2.07 0.10 0.20 1060.78 1053.12 3.11 1.20 155.952 3 1054.32 1048.44 63.56 9.25 5 18 108 518.51 4.23 3.97 0.0035 6 9.2 3.43 62.64 1.46 2.28 0.11 0.23 1053.09 1047.24 1.23 1.20 65.573 4 1048.44 1039.00 74.96 12.59 6 24 144 691.35 4.20 3.90 0.0035 6 12.55 4.01 73.17 1.77 2.76 0.12 0.24 1047.21 1037.80 1.23 1.20 77.334 5 1039.00 1036.92 15.95 13.04 1 25 150 720.15 4.19 3.89 0.0035 6 12.85 4.06 74.04 1.81 2.81 0.12 0.25 1037.77 1035.72 1.23 1.20 16.475 6 1036.92 1037.23 110.00 (0.28) 6 31 186 892.99 4.16 3.83 0.0035 6 0.5 0.80 14.60 0.61 0.89 0.29 0.69 1035.69 1035.14 1.23 2.09 155.216 7 1037.23 1035.84 53.93 2.58 8 39 234 1123.44 4.12 3.77 0.0035 6 0.62 0.89 16.26 0.70 1.01 0.31 0.75 1034.74 1034.41 2.49 1.43 89.958 7 1038.64 1035.84 56.06 4.99 6 6 36 172.84 4.34 4.17 0.0035 6 1.8 1.52 27.71 0.60 0.94 0.10 0.20 1035.65 1034.64 2.99 1.20 99.817 9 1035.84 1029.20 100.92 6.58 12 57 342 1641.95 4.05 3.65 0.0035 6 6.32 2.85 51.92 1.78 2.69 0.21 0.44 1034.38 1028.00 1.46 1.20 114.01
10 9 1029.10 1029.20 111.98 (0.09) 8 8 48 230.45 4.32 4.12 0.0035 6 1.46 1.37 24.96 0.61 0.95 0.12 0.25 1027.90 1026.27 1.20 2.93 196.799 11 1029.20 1026.19 59.90 5.03 5 70 420 2016.43 4.01 3.58 0.0035 6 2.09 1.64 29.86 1.27 1.84 0.30 0.71 1026.24 1024.99 2.96 1.20 105.95
11 12 1026.19 1022.42 71.86 5.25 8 78 468 2246.88 3.99 3.55 0.0035 6 5.2 2.58 47.10 1.81 2.69 0.25 0.55 1024.96 1021.22 1.23 1.20 74.1112 13 1022.42 1017.70 79.78 5.92 7 85 510 2448.52 3.97 3.52 0.0035 8 5.88 3.33 107.86 1.88 2.85 0.17 0.36 1021.19 1016.50 1.23 1.20 96.9813 14 1017.70 1014.21 59.86 5.83 7 92 552 2650.16 3.95 3.49 0.0035 8 3.55 2.58 83.81 1.60 2.42 0.20 0.43 1015.14 1013.01 2.56 1.20 112.3915 14 1016.26 1014.21 31.93 6.42 6 6 36 172.84 4.34 4.17 0.0035 6 1.79 1.51 27.63 0.60 0.94 0.10 0.20 1013.58 1013.01 2.68 1.20 52.6714 16 1014.21 1008.97 81.72 6.41 8 106 636 3053.45 3.92 3.44 0.0035 8 6.38 3.46 112.35 2.05 3.10 0.19 0.39 1012.98 1007.77 1.23 1.20 99.4412 21 1022.42 1017.77 109.75 4.24 12 12 72 345.67 4.28 4.05 0.0035 6 4.24 2.33 42.53 0.99 1.55 0.11 0.23 1021.22 1016.57 1.20 1.20 112.1021 22 1017.77 1014.90 85.89 3.34 5 17 102 489.70 4.24 3.98 0.0035 6 3.31 2.06 37.58 1.01 1.56 0.14 0.29 1016.54 1013.70 1.23 1.20 88.8113 22 1017.70 1014.90 73.85 3.79 6 6 36 172.84 4.34 4.17 0.0035 6 1.99 1.60 29.13 0.62 0.98 0.10 0.20 1015.17 1013.70 2.53 1.20 117.0622 16 1014.90 1008.97 68.69 8.63 5 28 168 806.57 4.17 3.86 0.0035 6 7.92 3.19 58.12 1.58 2.44 0.14 0.29 1013.21 1007.77 1.69 1.20 84.3816 17 1008.97 1006.61 73.96 3.19 5 139 834 4004.05 3.85 3.33 0.0035 8 3.15 2.43 78.94 1.72 2.54 0.25 0.55 1007.74 1005.41 1.23 1.20 76.3721 23 1017.77 1015.27 70.00 3.57 9 9 54 259.26 4.31 4.10 0.0035 6 3.57 2.14 39.02 0.85 1.35 0.10 0.21 1016.57 1014.07 1.20 1.20 71.3723 24 1015.27 1011.03 84.68 5.01 11 20 120 576.12 4.22 3.94 0.0035 6 4.97 2.52 46.04 1.22 1.89 0.13 0.28 1014.04 1009.83 1.23 1.20 87.4022 24 1014.90 1011.03 77.11 5.02 9 9 54 259.26 4.31 4.10 0.0035 6 4.42 2.38 43.42 0.92 1.45 0.10 0.20 1013.24 1009.83 1.66 1.20 93.6724 17 1011.03 1006.61 85.83 5.15 3 32 192 921.80 4.15 3.82 0.0035 6 5.09 2.55 46.60 1.40 2.16 0.17 0.35 1009.78 1005.41 1.25 1.20 89.3217 18 1006.61 1004.86 85.98 2.04 9 180 1080 5185.10 3.78 3.23 0.0035 8 2 1.94 62.90 1.57 2.20 0.32 0.76 1005.38 1003.66 1.23 1.20 88.7825 26 1041.36 1039.26 32.93 6.38 6 6 36 172.84 4.34 4.17 0.0035 6 1.99 1.60 29.13 0.62 0.98 0.10 0.20 1038.72 1038.06 2.64 1.20 53.6826 27 1039.26 1034.94 89.84 4.81 1 7 42 201.64 4.33 4.15 0.0035 6 2.7 1.86 33.94 0.72 1.14 0.10 0.20 1036.17 1033.74 3.09 1.20 163.6428 29 1045.00 1042.00 11.50 26.09 6 6 36 172.84 4.34 4.17 0.0035 6 1.99 1.60 29.13 0.62 0.98 0.10 0.20 1041.03 1040.80 3.97 1.20 25.2629 41 1042.00 1039.00 11.00 27.27 2 8 48 230.45 4.32 4.12 0.0035 6 3.51 2.12 38.69 0.82 1.30 0.10 0.20 1038.19 1037.80 3.81 1.20 23.4041 42 1039.00 1036.00 11.00 27.27 2 10 60 288.06 4.30 4.09 0.0035 6 5.43 2.64 48.13 1.02 1.61 0.10 0.20 1035.40 1034.80 3.60 1.20 22.4342 43 1036.00 1033.00 11.50 26.09 0 10 60 288.06 4.30 4.09 0.0035 6 5.43 2.64 48.13 1.02 1.61 0.10 0.20 1032.42 1031.80 3.58 1.20 23.3843 27 1033.00 1034.94 11.00 (17.64) 0 10 60 288.06 4.30 4.09 0.0035 6 1.16 1.22 22.24 0.60 0.93 0.14 0.29 1031.77 1031.64 1.23 3.30 21.1727 30 1034.94 1031.29 27.66 13.20 0 17 102 489.70 4.24 3.98 0.0035 6 5.48 2.65 48.35 1.20 1.87 0.12 0.25 1031.61 1030.09 3.33 1.20 53.2030 34 1031.29 1029.38 70.00 2.73 4 21 126 604.93 4.21 3.93 0.0035 6 0.63 0.90 16.39 0.60 0.90 0.23 0.50 1027.26 1026.82 4.03 2.56 196.0834 33 1029.38 1027.95 69.98 2.04 3 24 144 691.35 4.20 3.90 0.0035 6 0.57 0.85 15.59 0.60 0.90 0.25 0.56 1026.79 1026.39 2.59 1.56 123.396 32 1037.23 1032.80 58.45 7.58 10 10 60 288.06 4.30 4.09 0.0035 6 5.43 2.64 48.13 1.02 1.61 0.10 0.20 1034.77 1031.60 2.46 1.20 91.01
32 33 1032.80 1027.95 70.00 6.93 7 17 102 489.70 4.24 3.98 0.0035 6 6.88 2.97 54.17 1.29 2.03 0.11 0.24 1031.57 1026.75 1.23 1.20 72.1733 35 1027.95 1022.81 76.44 6.72 9 50 300 1440.31 4.08 3.69 0.0035 6 6.21 2.82 51.47 1.71 2.59 0.20 0.42 1026.36 1021.61 1.59 1.20 90.5411 35 1026.19 1022.81 95.84 3.53 18 18 108 518.51 4.23 3.97 0.0035 6 3.53 2.13 38.80 1.04 1.62 0.14 0.29 1024.99 1021.61 1.20 1.20 97.8935 36 1022.81 1020.30 70.00 3.59 5 73 438 2102.85 4.00 3.57 0.0035 6 3.54 2.13 38.86 1.55 2.29 0.27 0.60 1021.58 1019.10 1.23 1.20 72.2336 31 1020.30 1017.71 73.78 3.51 4 77 462 2218.07 3.99 3.55 0.0035 6 3.47 2.11 38.47 1.57 2.29 0.28 0.63 1019.07 1016.51 1.23 1.20 76.2030 44 1031.29 1022.00 40.00 23.22 11 11 66 316.87 4.29 4.07 0.0035 6 16.22 4.56 83.18 1.53 2.43 0.08 0.16 1027.29 1020.80 4.00 1.20 88.3744 31 1022.00 1017.71 19.15 22.40 2 13 78 374.48 4.27 4.04 0.0035 6 9.07 3.41 62.20 1.32 2.08 0.10 0.20 1018.25 1016.51 3.75 1.20 40.2631 37 1017.71 1015.54 70.00 3.10 2 92 552 2650.16 3.95 3.49 0.0035 6 3.06 1.98 36.13 1.57 2.24 0.31 0.74 1016.48 1014.34 1.23 1.20 72.3537 38 1015.54 1014.24 66.80 1.95 2 94 564 2707.78 3.95 3.48 0.0035 6 1.9 1.56 28.47 1.33 1.75 0.36 0.90 1014.31 1013.04 1.23 1.20 68.9638 39 1014.24 1013.64 16.87 3.56 0 94 564 2707.78 3.95 3.48 0.0035 6 3.4 2.09 38.08 1.64 2.35 0.31 0.72 1013.01 1012.44 1.23 1.20 17.4539 40 1013.64 1007.98 109.26 5.18 15 109 654 3139.87 3.91 3.43 0.0035 6 5.15 2.57 46.87 1.98 2.86 0.30 0.68 1012.41 1006.78 1.23 1.20 112.6924 40 1011.03 1007.98 86.21 3.54 8 8 48 230.45 4.32 4.12 0.0035 6 3.51 2.12 38.69 0.82 1.30 0.10 0.20 1009.81 1006.78 1.22 1.20 88.5240 18 1007.98 1004.86 89.93 3.47 5 122 732 3514.35 3.88 3.38 0.0035 6 3.44 2.10 38.31 1.76 2.36 0.35 0.90 1006.75 1003.66 1.23 1.20 93.0118 19 1004.86 1003.78 69.76 1.55 6 308 1848 8872.29 3.61 3.01 0.0035 10 1.51 1.96 99.10 1.60 2.22 0.33 0.77 1003.63 1002.58 1.23 1.20 84.8819 20 1003.78 1000.00 100.00 3.78 7 315 1890 9073.93 3.60 3.00 0.0035 10 3.75 3.08 156.17 2.23 3.23 0.26 0.56 1002.55 998.80 1.23 1.20 121.5020 41 1000.00 1000.44 45.91 (0.96) 0 315 1890 9073.93 3.60 3.00 0.0035 10 1.8 2.14 108.20 1.71 2.41 0.32 0.73 998.77 997.94 1.23 2.50 85.5441 Fosa S 1000.44 999.04 51.30 2.73 1 316 1896 9102.74 3.60 3.00 0.0035 10 1.9 2.19 111.16 1.75 2.47 0.31 0.71 998.65 997.68 1.79 1.36 80.92
Fosa SZanjón 999.04 989.04 306.70 3.26 1 317 1902 9131.54 3.60 2.99 0.0035 10 2.7 2.62 132.52 1.98 2.85 0.29 0.63 997.65 989.37 1.39 -0.33 162.693736.08 317 4415.58
Cotas TerrenoD.H.
No. Casas Habitantes Vel Cota Invert Prof. PozoF.H. Sec. Llena Rel d/D
25
2.5.3. Selección del punto de desfogue
El sistema existente actual, tiene su punto de desfogue en la salida inmediata a los
pozos de absorción, a cielo abierto y este punto se encuentra actualmente del río El
Molino a una distancia de 360 mts, que es el que actualmente recibe la descarga de
aguas negras del colector municipal de Mataquescuintla.
La propuesta que se hace es instalar la planta de tratamiento en el lugar donde se
encuentra la fosa séptica y los pozos de absorción y conducir el agua tratada por una
tubería de drenaje de PVC de 10” de diámetro hasta el río El Molino.
2.6. Evaluación del sistema actual de tratamiento de aguas negras
El sistema existente, es un sistema de tratamiento primario que consta de una fosa
séptica y siete pozos de absorción. Se encuentra ubicado a 50 mt. de la 1ª. Avenida de la
zona 4 de la Villa de Mataquescuintla (Cantón Elena), dentro de una propiedad privada.
A la fosa séptica nunca se le ha dado mantenimiento de limpieza pues actualmente
se encuentra enterrada en su totalidad; originalmente se perforaron 4 pozos de absorción
y después de que éstos se rebalsaron se construyeron tres mas, todos conectados en serie.
El rebalse de los pozos es evidente y ha provocado que se viertan los desechos
sobre el terreno, contaminando así el medio ambiente circundante de la propiedad y de
los habitantes del sector, conduciéndose los mismos a cielo abierto por una distancia de
360 mts. hasta llegar al río de descarga del colector municipal.
Según los vecinos de Cantón Elena, la profundidad aproximada que se le dio a los
pozos es de 3.50 mts. sin haber realizado una prueba de absorción o estudio del suelo y
sin ninguna asesoría de un profesional sanitario.
26
2.7. Propuestas de la planta de tratamiento
Tomando en consideración que la selección y diseño de un tipo de planta de
tratamiento es propiamente trabajo de un ingeniero sanitario, se realizó una
investigación del tipo de plantas de tratamiento que fabrican y venden dos empresas
privadas en Guatemala.
Para este proyecto se proponen dos sistemas de tratamiento, el primero ofrecido
por la empresa AMANCO identificado como Propuesta “A”, y el segundo tipo, ofrecido
por la empresa Durman Esquivel identificado como Propuesta “B”.
Propuesta “A”
La empresa AMANCO ha llegado a diseñar plantas prototipo, de tratamiento de
aguas servidas mediante estudios, las cuales son funcionales para un complejo
habitacional, tomando en cuenta que en la actualidad todo tipo de obra sanitaria antes de
desfogar, debe pasar por una planta de tratamiento para poder mitigar el daño al medio
ambiente. El área necesaria es un terreno de 12 metros x 12 metros, a una distancia
mínima de 10 metros de la última vivienda.
Este es un sistema biológico aerobio de aireación extendida, “Lodos Activados”,
con régimen completamente mezclado, que se utiliza para tratar aguas negras, que
contienen materia orgánica biodegradable, conocido como planta paquete.
Con esta modalidad de aireación extendida se lograrán afluentes de calidad, con
baja producción de lodos y alto grado de oxidación y estabilización de la materia,
adicionándole un sistema de cloración para la seguridad en el re-uso del líquido en
irrigación de jardines, redes independientes de abastecimiento de inodoros, riego de
áreas de terracería, etc. Este proceso involucra básicamente cinco etapas:
27
1. Una primera acción en un tanque de aireación, donde se suministra aire por difusión
en el fondo, lo que permite el crecimiento de microorganismos que requieren de
oxígeno para vivir. La materia presente servirá para alimentar las bacterias aerobias
que transforman los contaminantes en materia celular y energía para crecer y
reproducirse, lo que originará los flóculos, que son conocidos como “lodos
activados”. El elemento básico en este proceso es el Soplador.
2. La segunda etapa es un complemento de aireación al proceso con los fines
enunciados en la etapa anterior, y que complementa el oxígeno necesario para el
volumen a tratar.
3. Los flóculos pasarán al tanque de clarificación secundaria, donde sedimentan por
gravedad los lodos; el sobre nadante es vertido al área de cloración y los lodos
depositados se recirculan para retroalimentar el sistema; el exceso de lodos se
deposita en un tanque de lodos para su estabilización; una vez estabilizado, se saca al
área de secado de lodos, que consiste en un pequeño patio de secado de lodos.
4. El agua clarificada es tratada para su desinfección por medio de un sistema de
cloración a base de tabletas de hipoclorito de calcio, cuando se descarga
directamente a un cuerpo de agua, previa reacción del cloro en un depósito, que
variará de acuerdo al volumen tratado.
5. El agua tratada puede almacenarse o verterse al acuífero, previo análisis de la
capacidad de absorción del suelo y diseño; se deberá contar con la seguridad de que
sus características son adecuadas para esta disposición. Si se almacenan, su función
sería reutilizarlas adecuadamente.
Donde el acuífero es muy alto, la descarga puede hacerse por medio de zanjas de
absorción sus dimensiones pueden se de 0.80 metros de profundidad o descargarse a
un drenaje pluvial.
28
Equipo electromecánico y equipo básico de la planta Propuesta “A”:
• Un soplador rotatorio de desplazamiento positivo Urai 56, acoplado a motor
eléctrico horizontal 110/220v de 7.5 hp, con un silenciador y su filtro; todo esto
protegido por un albergue de fibra de vidrio con apoyo de hierro.
• Tubería de difusión de aire con dos ramales para las líneas de aireación, con 48
difusores sellados y una línea que alimenta el desatador de superficie y la tubería
de lodos.
• Un des natador de superficie con retorno neumático.
• Tubería de evacuación de lodos con retorno neumático.
• Vertedero de transferencia con cortinas ajustables, mampara, válvulas y
conexiones.
• Tabique de lámina plástica con apoyos.
• Dosificador de hipoclorito de calcio en tabletas (opcional).
• Recipiente de 25 libras de tabletas de hipoclorito de calcio (opcional).
• Tablero eléctrico de control para funcionamiento automático.
• Manual de operación y mantenimiento.
• Rejillas Irving para cubierta superior de la estructura de la planta.
• Tubería de lodos y de aire para el digestor de lodos (opcional).
Propuesta “B”
Sistemas de Tratamiento de Aguas Durman Esquivel S.A. ofrece una nueva
alternativa para plantas de tratamiento de agua residual, se trata de un sistema de
tratamiento del tipo RAFA (UASB en inglés), reactor anaerobio de flujo ascendente. Lo
novedoso de esta opción consiste en que la unidades de tratamiento que componen el
sistema se prefabrican en planta a base de PVC, lo que permite obtener un producto de
fácil instalación y transporte, pues la obra gris se reduce a losas de fondo y
29
sedimentación de las diferentes unidades de tratamiento, por lo que una obra puede
concluirse en un lapso muy corto de tiempo.
Una de las ventajas que el fabricante señala acerca de este sistema es que el reactor
principal de tratamiento no requiere de energía eléctrica para su funcionamiento, lo que
redunda en costos muy bajos de operación. El tratamiento se basa en una compleja
interrelación bacteriana de tipo anaerobio que se produce en el reactor y que permite en
forma natural que se produzca una degradación y estabilización de los residuos líquidos
influentes, que en última instancia se transforman en agua y gases. Los gases del reactor
son atrapados y conducidos en forma conveniente, lo que evita la producción de olores
desagradables en el sistema.
Tanto el reactor principal, como las demás unidades de tratamiento, son
producidos para que su instalación y transporte sean factibles con poca mano de obra.
Estas unidades se fabrican en gran parte con PVC, por lo que su peso permite que sean
muy maniobrables.
Las unidades de tratamiento que requieren por lo general estos sistemas son:
• Unidad de rejillas (mampostería y hierro para rejas, separadoras de basuras).
• Reactor tipo RAFA (UASB).
• Lechos de secado o patio de secado de lodos.
• Unidad de trasiego de lodos o sistema de transporte hacia el patio de secado.
Dependiendo del caudal se pueden agregar más reactores tipo UASB y conectarlos
en serie o en paralelo. En lugares donde se cuente con fluido eléctrico puede
agregarse una pequeña bomba que retorne los lixiviados de los lechos de secado al
reactor anaerobio para que sean tratados en esta unidad.
30
Funcionamiento y esquemas de la planta propuesta “B”:
El proceso de tratamiento de la presente planta es fundamentalmente del tipo
Anaeróbico. Los componentes del sistema mismo son: Unidad de Rejillas, Reactor
Anaeróbico de Flujo Ascendente (UASB sistema holandés), Biofiltro de Acabado,
Lechos de Secado, Retorno de Lixiviados.
Para este caso el Reactor Principal de Tratamiento Anaeróbico no requiere de
energía eléctrica para su funcionamiento, lo que redunda en costos muy bajos de
operación.
Se podría decir que los complejos procesos bacterianos que se dan dentro del
reactor, en ausencia de oxígeno libre, permiten una digestión de muy alto grado,
mediante la estratificación bacteriana, haciendo que la estabilización de los residuos se
lleve a cabo en forma natural transformando finalmente la materia orgánica que ha
ingresado al mismo en lodos, gases como metano, dióxido de carbono, gases sulfurosos
y agua.
Por su diseño, los gases son conducidos convenientemente hacia la cámara de
recolección de dónde en el presente diseño por su pequeña cantidad, son dispuestos
mediante una tubería en una zona elevada.
También puede decirse que al tratarse de aguas del tipo doméstico, la relativa poca
carga de ellas y el balance del sistema no es gran generador de gases de la familia de los
sulfuros, dándose por tanto, poco o ningún olor proveniente de este tipo de digestión.
A continuación se presentan ventajas, características y el proceso del uso de este
tipo de plata de tratamiento:
31
Las ventajas de la digestión anaeróbica en comparación con los métodos de tratamiento
aeróbico, para el tratamiento de aguas residuales son:
Se requiere menor cantidad de energía, además de producción de biogás, el cual
representa un magnífico combustible.
Se produce una menor cantidad de exceso de lodos, el cual además queda
estabilizado.
Si a este sistema se le agrega tratamiento posterior de tipo aeróbico, se llega
entonces a tratamientos excelentes y para lo cual se utilizará solo una fracción de
la energía que requieren los sistemas aeróbicos propiamente dichos.
Las características del presente diseño son:
No se produce recirculación de lodo o agitación mecánica.
En lo más alto del reactor se produce una separación entre gases, líquidos y
sólidos.
La biomasa por el concepto del flujo ascendente, forma flóculos de colonias de
bacterias que se transforman al sedimentarse a su vez en una capa de lodo
granular. Sobre la capa de lodos floculados se crea un espacio de sedimentación,
por el cual se previene la pérdida del lodo.
En cuanto a la temperatura, el nivel de trabajo corresponde a especies de
microorganismos del rango mesofílico que trabajan muy normalmente entre 20 y
42 grados centígrados.
La altura de la lámina líquida del reactor es igual o mayor a los 4.00 metros.
32
Proceso de la propuesta “B”
El efluente del sistema tratado en el sistema anaeróbico y con un 80% de
remoción, es enviado al Biofiltro de Acabado, que es una estructura con
digestión aeróbica que da un mayor grado de purificación al agua con el fin de
hacer que la misma salga en condiciones más aptas hacia el cuerpo receptor.
Luego este proceso es de refinamiento ya que las aguas negras salen del Reactor
UAB con un contenido de DBO del orden de los 47 mg./lt. que es menor que los 50
mg./lt. de la normativa, por lo que el proceso es de refinamiento.
De aquí el agua se enviará al cuerpo receptor. Cuando se requiere limpiar el
Biofiltro, el sistema se hace lavar a presión para desprender las paredes
inestables de la biomasa propia del filtro, hacia los lechos del secado.
Los lodos que se producen en el reactor anaeróbico son trasegados
periódicamente hacia los lechos de secado dándose esta operación en intervalos
mensuales y una vez que la masa de los mismos ocupe el volumen de diseño del
UASB.
Los lixiviados, producto del desecado pueden disponerse en pozos de absorción
o bien retornarse mediante bombeo al reactor principal.
Figura 4. Esquemas de Planta Propuesta “B”
CÁMARA DE REJILLAS
REACTOR ANAERÓBICO
RÍO, Z
ANJÓN O
COLECTO
R PRIN
CIPAL
ESQUEMA VISTO EN ELEVACIÓN DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA ANAERÓBICO CON
BIOFILTRO DE ACABADOPROPUESTA "B"
INFLUENTEBIOFILTRO DE ACABADO
LECHOS
LIXIVIADOS
DESCARGA AL COLECTOR
ESQUEMA VISTO EN PLANTA DE INSTALACIÓN DEL SISTEMA ANAERÓBICO CON
BIOFILTRO DE ACABADOPROPUESTA "B"
INFLUENTE
CÁMARA DE REJILLAS
REACTOR ANAERÓBICOTIPO UASB
BIOFILTRO
LECHOS DE SECADO
TRASCIEGO DE LODOS (OPCIONAL)
RÍO, Z
ANJÓN O
COLECTO
R PRIN
CIPAL
33
2.8. Impacto ambiental
En base a lo descrito en la sección anterior, sobre la evaluación del sistema actual
en la comunidad de Cantón Elena, y debido a que no se cuenta con una planta de
tratamiento, se puede decir que entre los principales impactos negativos que produce el
sistema de drenajes está la contaminación del suelo y la contaminación de las aguas
subterráneas, lo cual se describe a continuación.
2.8.1. Efectos negativos de no instalar plantas de tratamiento
2.8.1.1. Contaminación del suelo
Los residuos de tipo doméstico pueden penetrar en el suelo y contaminarlo a través
de fugas de los depósitos o tanques, los derrames y las descargas ilegales. Los terrenos
de relleno sanitario, incluso los construidos con las más modernas técnicas, pueden
contaminar las aguas subterráneas cuando los productos de la lixiviación se filtran hacia
las capas interiores del suelo.
Con una concentración suficientemente alta, los microorganismos del suelo
perecen, volviéndolo estéril, lo cual a su vez mata a la vegetación.
La contaminación del suelo también puede penetrar en las aguas subterráneas, y
ser ingerida de manera directa por la fauna silvestre o por los seres humanos.
Así mismo, las precipitaciones entran en contacto con el suelo originando
escurrimientos que se filtran a las aguas subterráneas o se vierten en los sistemas
acuíferos de superficie.
34
2.8.1.2. Contaminación de las aguas subterráneas
Éstas suelen contaminarse por resultado directo de la contaminación del suelo, por
lo que los acuíferos siempre se encuentran bajo riesgo en el suelo y debido a esto el
suelo actúa como fuente de contaminación de las aguas superficiales a través de la
lixiviación.
2.8.1.3. Efectos ambientales de las aguas residuales municipales
Las aguas residuales municipales son las que se desechan de los hogares, edificios
públicos, establecimientos comerciales, sumideros para aguas pluviales y algunas
industrias que desaguan en los sistemas de alcantarillados municipales.
Los efectos dependen de las cantidades que se descarguen de tres contaminantes:
los sedimentos, el exceso de nutrientes y la materia orgánica. Además de que las aguas
residuales municipales producen efectos estéticamente indeseables como la alteración
del color del agua, olor, espuma y nata superficial.
Los sedimentos, incluidos los suelos, reducen la profundidad a la que penetra la luz
del sol en el agua, lo cual disminuye la fotosíntesis de las plantas acuáticas, obstaculiza
la captura de presas a los depredadores acuáticos que se guían por la vista, obstruye o
daña las branquias de los peces y restringe la sobre vivencia de la crías.
Adicionalmente, el sedimento depositado en aguas receptoras que se mueven con
lentitud puede aumentar la turbiedad y asfixiar a los organismos acuáticos que viven en
el fondo además de destruir los bancos de crustáceos y las fuentes de alimentos de los
seres acuáticos.
35
2.8.1.4. Efectos negativos de los sistemas sépticos como el actual
Entre los efectos negativos que tiene el sistema actual de tratamiento de Cantón
Elena, es que al no funcionar los pozos de absorción y estos al estar rebalsándose liberan
en el suelo circundante un afluente de aguas residuales parcialmente tratadas o sin tratar.
Los sistemas sépticos se usan con más frecuencia en zonas rurales, donde el agua
subterránea es una de las principales fuentes de abastecimiento para beber, pues el
efluente séptico sigue el camino del declive, que es paralelo a la inclinación del terreno y
se dirige hacia zonas más bajas. En consecuencia los pozos de agua localizados aguas
abajo tienden a contaminarse.
2.8.2. Efectos positivos que produciría instalar una planta de
tratamiento
2.8.2.1. Menor producción de lodos
Se produce una menor cantidad de exceso de lodos, que al descargarlos quedan
estabilizados, reduciendo su turbiedad y por consiguiente se obtiene agua residual con
mayor claridad, sin natas ni espumas.
2.8.2.2. Reducción de la contaminación del suelo
Al construirse un sistema de drenajes e instalar una planta de tratamiento, se
evitaría que muchas de las residencias en Cantón Elena viertan sus aguas negras a la
calle y que los residuos de tipo doméstico y por consiguiente la lixiviación que éstos
producen, vuelvan al suelo estéril.
36
2.8.2.3. Menor contaminación de las aguas subterráneas
Una planta de tratamiento tendría efluentes procesados de mejor calidad que se
descargarían en el río que recibe las descargas del colector municipal; evitando en gran
parte que microorganismos y líquidos producto de la lixiviación penetren y se filtren en
las capas interiores del suelo.
Aunque los sistemas sépticos constituyen un medio eficaz de tratar las aguas
residuales domésticas en lugar de origen, siempre que a éstos se les de un mantenimiento
adecuado; éstos constituyen una de las fuentes principales de contaminación de las aguas
subterráneas; al integrar todas las aguas residuales de Cantón Elena y tratarlas en
conjunto con una planta de tratamiento se suprimiría el uso del actual sistema de
tratamiento actual que consiste en una fosa séptica y siete pozos de absorción.
37
2.9. Presupuesto del proyecto Tabla IV
TRABAJOS PRELIMINARES 1 GlobalDescripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
1 Limpieza 3,736.08 ml. Q1.00 Q3,736.082 Trazo y estaqueado 3,736.08 ml. Q2.00 Q7,472.163 Bodega y guardianilla 1 Global Q6,000.00 Q6,000.00
Q17,208.24
COLECTOR PRINCIPAL 3,736.08 ml.No. Descripción Cantidad Unidad P. Unitario Total
MATERIALES1 Zanjeo con retro excavadora 3,736.08 ml. Q27.30 Q101,994.982 Relleno y compactación 3,736.08 ml. Q21.00 Q78,457.683 Tubo NOVAFORT PVC 6" * 20' con enpaque de hule 464.00 Unidades Q426.55 Q197,920.134 Tubo NOVAFORT PVC 8" * 20' con enpaque de hule 64.00 Unidades Q702.54 Q44,962.855 Tubo NOVAFORT PVC 10" * 20' con enpaque de hule 96.00 Unidades Q990.41 Q95,079.606 Flete de Tubería (Rastra o Tráiler) 4.00 Global Q2,000.00 Q8,000.00
Q526,415.24MANO DE OBRA
7 Nivelación, centrado y colocación tubo de 6" 464.00 Unidades Q10.50 Q4,872.008 Nivelación, centrado y colocación tubo de 8" 64.00 Unidades Q15.75 Q1,008.009 Nivelación, centrado y colocación tubo de 10" 96.00 Unidades Q21.00 Q2,016.00
Subtotal de mano de obra Q7,896.00Factor de ayudante 38% Q3,000.48Factor de prestaciones 65% Q5,132.40
Q16,028.88Total de materiales y mano de obra : Q542,444.12Utilidades 20% Q108,488.82
TOTAL Q650,932.94
POZOS DE VISITA 44.00 Unidades 25 de 1.23 mt.+ 19 de 2.85mt. promedio
No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario TotalMATERIALES
1 Tubo NOVAFORT PVC 6" * 20' con enpaque de hule 6.00 Unidades Q426.55 Q2,559.312 Tubo NOVAFORT PVC 8" * 20' con enpaque de hule 1.00 Unidad Q702.54 Q702.543 Yee PVC de 6" * 6" NOVAFORT caída>0.7mt. con empaque 14.00 Unidades Q158.35 Q2,216.914 Codo PVC de 6" * 90° NOVAFORT caída>0.7mt.con empaque 14.00 Unidades Q98.65 Q1,381.075 Codo PVC de 6" * 45° NOVAFORT caída>0.7mt.con empaque 14.00 Unidades Q90.46 Q1,266.416 Yee PVC de 8" * 6" NOVAFORT caída>0.7mt. con empaque 1.00 Unidad Q225.75 Q225.757 Cemento 629.65 Sacos Q43.05 Q27,106.458 Arena de río 51.88 mt.³ Q105.00 Q5,446.939 Piedrín 3/4" 20.04 mt.³ Q199.50 Q3,998.92
10 Hierro No. 4 grado 40 (armadura p/44 brocales) 132.00 varillas Q36.75 Q4,851.0011 Hierro No. 2 grado 40 (eslabones, armadura p/44 brocales) 47.00 varillas Q9.45 Q444.1512 Hierro No. 4 grado 40 (escalones en pozo) 70.00 varillas Q36.75 Q2,572.5013 Alambre de amarre 152.12 Libras Q3.68 Q559.0414 Madera p/10 moldes de tapaderas y brocal 6.51 P.T. Q3.78 Q24.6115 Madera p/5 andamios (de 1.22 de alto) de pozos 217.50 P.T. Q3.78 Q822.1516 Ladrillo tayuyo de 6.5 cm. * 11 cm. * 7.5 cm. 32,273.89 Unidades Q1.16 Q37,276.3517 Clavo de 3" 25.00 Libras Q3.68 Q91.8818 Clavo de 4" 25.00 Libras Q3.68 Q91.88
Q83,285.83MANO DE OBRA
19 Excavación 241.12 mt.³ Q21.00 Q5,063.4420 Armadura No. 4 1,212.00 m.l. Q2.52 Q3,054.2421 Armadura No. 2 282.00 m.l. Q1.26 Q355.32
Total de materiales
Total de mano de obra
Total de materiales
DISEÑO Y AMPLIACIÓN DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO DEL SECTORCANTÓN ELENA, MATAQUESCUINTLA, JALAPA
Total trabajos preliminares
38
22 Fundiciónes en pozo (brocal + tapadera + piso + pañuelos) 44.00 Unidades Q52.50 Q2,310.0023 Nivelación, centrado y colocación tubo de 6" 6.00 Unidades Q10.50 Q63.0024 Nivelación, centrado y colocación tubo de 8" 1.00 Unidades Q15.75 Q15.7525 Colocación de accesorios PVC 43.00 Unidades Q52.50 Q2,257.5026 Formaleteado (44 Moldes de tapaderas y 44 de brocales) 88.00 Unidades Q5.25 Q462.0027 Fundición para 44 pozos (tapadera + brocal + piso + pañuelos) 44.00 Pozos Q94.50 Q4,158.0028 Desencofrado 88.00 mt.² Q2.63 Q231.0029 Levantado ladrillo tayuyo de punta (6.5 cm. *11 cm. * 23 cm.) 274.44 mt.² Q78.75 Q21,611.98
Subtotal de mano de obra Q17,970.25Factor de ayudante 38% Q6,828.69Factor de prestaciones 65% Q11,680.66
Q58,091.58Total de materiales y mano de obra : Q141,377.42Utilidades 20% Q28,275.48
TOTAL Q169,652.90
CONEXIONES DOMICILIARES 317.00 UnidadesNo. Descripción Cantidad Unidad P. Unitario Total
MATERIALES1 Tubo de cemento de 12" de diámetro 317.00 Unidades Q50.40 Q15,976.802 Tubo PVC de 4" * 20' NOVAFORT 339.60 Unidades Q180.38 Q61,256.883 Codo PVC 4" * 90° NOVAFORT 317.00 Unidades Q44.49 Q14,102.854 Yee pvc de 6" * 4" NOVAFORT 266.00 Unidades Q134.59 Q35,800.675 Yee pvc de 8" * 4" NOVAFORT 36.00 Unidades Q255.21 Q9,187.676 Silleta "Y" PVC de 10" * 4" ASTM 3034 15.00 Unidades Q231.20 Q3,467.997 Adhesivo NOVAFORT 300 ml. 8.00 Unidades Q57.75 Q462.008 Cemento solvente 0.00 Galones Q450.00 Q0.009 Cemento 383.90 Sacos Q43.05 Q16,526.77
10 Arena de río 22.52 mt.³ Q105.00 Q2,365.1011 Piedrín de 3/4" 22.52 mt.³ Q199.50 Q4,493.7012 Hierro de No. 3 Grado 40 de 6 mt. de largo 158.50 Varillas Q19.95 Q3,162.0813 Hierro de No. 2 Grado 40 de 6 mt. de largo 95.10 Varillas Q10.50 Q998.5514 Alambre de amarre 75.30 Libras Q3.68 Q276.7415 Clavo de 3" 75.00 Libras Q3.68 Q275.63
Q168,353.43MANO DE OBRA
16 Armadura No. 3 951.00 ml. Q1.89 Q1,797.3917 Armadura No. 2 570.60 ml. Q1.26 Q718.9618 Formaleteado 78.60 ml. Q6.30 Q495.1819 Fundición (piso + colocación candela y fundición de pañuelos) 317.00 Unidades Q10.50 Q3,328.5020 Desencofrado 78.60 ml. Q3.15 Q247.59
Subtotal de mano de obra Q6,587.62Factor de ayudante 38% Q2,503.29Factor de prestaciones 65% Q4,281.95Total de mano de obra Q13,372.86Total de materiales y mano de obra : Q181,726.29Utilidades 20% Q36,345.26
TOTAL Q218,071.54
No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario TotalesA TRABAJOS PRELIMINARES 1.00 Global Q17,208.24 Q17,208.24B COLECTOR PRINCIPAL 3,736.08 ml. Q174.23 Q650,932.94C POZOS DE VISITA 44.00 Unidades Q3,855.75 Q169,652.90D CONEXIONES DOMICILIARES 317.00 Unidades Q687.92 Q218,071.54
Q1,055,865.63Q179,497.16
Q1,235,362.78$158,379.84
PU = Q330,657.48 /Kilómetro
TOTALTOTAL
Total de materiales
RESÚMEN PRESUPUESTO AMPLIACIÓN DRENAJES CANTÓN ELENA
SUB-TOTALIVA + ISR
Total de mano de obra
39
40
3. DISEÑO DEL PUENTE VEHICULAR DE ACCESO A LA ALDEA
SAN MIGUEL
3.1. Descripción del proyecto
El proyecto consiste en el diseño de un puente vehicular de concreto reforzado, de
una vía, para soportar una carga viva AASTHO H15-44, con una luz entre apoyos de
11.00 m. y un ancho de rodadura de 3.60 mt. + Bordillos de 0.25 mt. + Barandales.
El puente vehicular estará conformado por:
• Subestructura compuesta por:
Cortina, viga de apoyo y estribos.
• Superestructura compuesta por:
Losa, diafragmas y vigas.
3.2. Criterio y especificaciones para el diseño de puentes de concreto de sección
en viga y losa.
Para el efecto se aplicarán las normas que la AASHTO establece tanto para la
superestructura como para la subestructura.
3.3. Estudio hidrológico
En proyectos de puentes, los datos indispensables en el perfil transversal del cauce
son los que corresponden al tirante normal, tirante de creciente máxima y tirante de
creciente máxima extraordinaria; datos necesarios para calcular la luz y altura del
puente. El tirante normal de un río es aquel que lleva cuando se realiza el levantamiento
topográfico y que varía dentro de cierto rango durante la época de estiaje.
41
La creciente máxima es aquella que se produce con mayor frecuencia en épocas de
lluvia y se determinan a través de señales que deja, o por la información de vecinos del
lugar, este tipo de crecidas ocurre cada año. En el diseño de un puente se debe
considerar la creciente máxima, ya que generalmente se coloca la superestructura dos
metros arriba de la creciente máxima.
Para el cálculo de los caudales que puedan tener los ríos existen varios métodos,
entre los cuales se tiene: aforo directo con molinete, vertederos, volumétrico, aforo
químico, sección-pendiente, etc. El método que se utilizó en el presente proyecto fue el
de sección – pendiente.
3.3.1. Método de sección-pendiente
Es uno de los métodos más utilizados en lugares donde no es posible recabar
información suficiente para un cálculo confiable. Para obtener la crecida máxima se
procede a consultar a los habitantes del lugar, buscar señales que han dejado las crecidas
anteriores e indagar en archivos o crónicas locales. Al definir una altura de crecida, se
obtiene el valor del área de la sección.
• Para ello se calcula el área de influencia de cada sección parcial.
Figura 5. Área de la sección del río.
d1 d2 d3
H1 H2
1H*2
d22d1 A1 ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ += y 2H*
2d3
2d2 A2 ⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +=
AT = A1 + A2
42
• Luego se obtiene el valor de la velocidad “V” por medio de la fórmula de Manning:
( ) 2/13/2 S*R*n/1V =
Donde: V = velocidad (m / s)
R = radio hidráulico (m) = Área / Perímetro mojado
S = pendiente del río
n = coeficiente de rugosidad del suelo en el fondo del río
3.3.2. Cálculo del caudal máximo
• De los datos obtenidos en el campo se determinaron los siguientes resultados:
Pendiente para el caudal máximo 7.00%
Altura de crecida 1.50 mt.
Área de desalojo 27.50 mt.²
Coeficiente de rugosidad 0.20
Perímetro mojado 27.00 mt.
• Cálculos:
R = A / P. M. = 27.50 mt.² / 27.00 mt. = 1.02 mt.
= 1.34 mt. / seg. ( ) 2/13/2 07.0*02.1*2.0/1V =
Q = V * A = (1.34 mt. /seg.)* (27.50mt.²) = 36.85 mt. ³ / seg.
El caudal obtenido servirá para determinar la altura mínima del puente y el área de
descarga. La altura del lecho del río hasta la crecida máxima es de 1.50 mt. y la altura
de la crecida máxima hasta la superestructura es de 2 mt. para una altura total 3.20 mt.
43
3.4. Levantamiento topográfico
El levantamiento topográfico permite representar gráficamente los posibles puntos
de ubicación de la obra y la geometría de las partes del puente. Para este proyecto se
realizaron los levantamientos siguientes:
• Planimétrico, utilizando el método de conservación del azimut.
• Altimétrico, utilizando una nivelación simple con secciones transversales.
Los datos y resultados se muestran en el apéndice.
3.5. Evaluación de la calidad del suelo
Para determinar el tipo de suelo, se realizó una excavación de pozo a cielo abierto
a una profundidad de 2.00 mt. en las cercanías de donde se construirá el puente, y del
cual se extrajo una muestra inalterada de suelo, de un pie cúbico de volumen, muestra
que se parafinó para su transporte hacia el Centro de Investigaciones de Ingeniería
(CICON), en donde se determinó que el tipo de suelo es arena limosa color café. Las
pruebas que se realizaron a la muestra inalterada son determinación de Límites de
Atterberg y Ensayo Triaxial.
3.5.1. Valor soporte
De acuerdo a las teorías de capacidad de carga de Terzaghi, para un cimiento
corrido sobre suelos que presentan falla general se puede expresar la capacidad de carga
última según las siguientes ecuaciones:
a) qu = c * Nc + q * Nq + ½ * γ * B * N γ
b) q = γ * D
44
Donde: c = Cohesión obtenida del ensayo triaxial (Ton/mt.²).
γ = Peso específico del suelo (Ton/mt.³).
q = Sobre carga equivalente (desviación promedio en rotura Ton/mt.²).
D = Profundidad de desplante (mt.)
ф = Ángulo de fricción interna del suelo (grados centesimales).
Nc, Nq y Nγ = Factores de capacidad de carga adimensionales que están
únicamente en función del ángulo de fricción interna ф, del suelo.
B = Dimensión de cada lado de la cimentación o el diámetro del cimiento.
Kpγ = Coeficiente de empuje pasivo.
Ecuaciones utilizadas para determinar la capacidad de soporte de diseño:
c) Factor de flujo de carga
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ θ
+
θ⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
=
θ−π
245cos*2
tan*eNq
2
23
rad
d) Factor de flujo de carga última ( )1Nq*cotNc −θ=
e) Factor de flujo de γ (suelo), ( ) θ+=γ tan*1Nq*2N
f) Capacidad portante última Nq*D*Nc*C*3.1N*B**4.0q suelosuelo0 γ++γγ=
g) Capacidad portante neta última D*qq suelo0on γ−=
h) Capacidad soporte de diseño fs
qq on
d =
Para estimar la capacidad de carga límite qo, de las cimentaciones corridas,
cuadradas o circulares, la ecuación general puede modificarse a:
qo = c * Nc + q * Nq + ½ * γ * B * N γ Cimentación corrida
qo = 1.3 * c * Nc + q * Nq + 0.4 * γ * B * Nγ Cimentación cuadrada o rectangular y
qo = 1.3 * c * Nc + q * Nq + 0.3 * γ * B * Nγ Para cimentación circular.
Las variaciones de los factores de carga de Terzaghi, definidos por las ecuaciones
anteriores se dan en la siguiente tabla (según Kumbhojkal 1,993):
45
Tabla V. Valores de factores de forma en función del ángulo de fricción interna,según Kumbjojkal, 1993.ф Nc Nq Nγ ф Nc Nq Nγ ф Nc Nq Nγ
0 5.70 1.00 0.00 17 14.60 5.45 2.18 34 52.64 36.50 38.041 6.00 1.10 0.01 18 15.12 6.04 2.59 35 57.75 41.44 45.412 6.30 1.22 0.04 19 16.56 6.70 3.07 36 63.53 47.16 54.363 6.62 1.35 0.06 20 17.69 7.44 3.64 37 70.01 53.80 65.274 6.97 1.49 0.10 21 18.92 8.26 4.31 38 77.50 61.55 78.615 7.34 1.64 0.14 22 20.27 9.19 5.09 39 85.97 70.51 95.036 7.73 1.81 0.20 23 21.75 10.23 6.00 40 95.66 81.27 115.317 8.15 2.00 0.27 24 23.36 11.40 7.08 41 106.81 93.85 140.518 8.60 2.21 0.35 25 25.13 12.72 8.34 42 119.67 108.75 171.999 9.09 2.44 0.44 26 27.09 14.21 9.84 43 134.58 126.50 211.56
10 9.61 2.69 0.56 27 29.24 15.90 11.6 44 151.95 147.74 261.60 11 10.16 2.98 0.69 28 31.61 17.81 13.7 45 172.28 173.28 325.3412 10.75 3.29 0.85 29 34.24 19.98 16.81 46 196.22 204.19 407.1113 11.41 3.63 1.04 30 37.16 22.46 19.13 47 224.55 241.80 512.8414 12.11 4.02 1.26 31 40.41 25.28 22.65 48 258.28 287.85 650.5715 12.86 4.45 1.52 32 44.04 28.52 26.87 49 298.71 344.63 831.9916 13.68 4.92 1.82 33 48.09 32.23 31.94 50 347.50 415.14 1072.8
Figura 6. Gráfica de factores de capacidad de carga para la aplicación de la teoría de Terzaghi.
46
Determinación del valor soporte
Datos de campo: Suelo arenoso limoso color café, profundidad de cimentación 2.00 mt.
Datos de laboratorio: c=0.60Ton/mt.², ф = 15.76 °, γ = 1.02 Ton/mt.³, Base B = 5.00 mt.
q1 = 4.72 Ton/mt.², q1 = 9.22 Ton/mt.² y q3 = 17.68 Ton/mt.²
Límite líquido = 35.07, Índice de plasticidad = 6
Utilizando las ecuaciones de los incisos anteriores: b, c, d, e, f, g y h, se obtuvo
b) q = γ * Df = (1.02 Ton/mt.³) * 2.00 mt = 2.04 Ton/mt.²
c) Nq = 4.80,
d) Nc = 13.47,
e) Nγ = 3.28,
f) qo = 1.3* c * Nc + q * Nq + 0.4 * γ * B * N γ =
qo=1.30*(0.60Ton/mt.² * 13.47)+(2.04Ton/mt.² * 4.28)+(0.40*1.02Ton/mt.³ * 5.0mt.*3.28)
qo = 25.929 Ton/mt.²
g) qon = 24.95 Ton/mt.² que se divide dentro de un factor de seguridad que va de 0 @
3, (en este caso se usó 1.4 por encontrarse mucha roca), para obtener el valor “qd”
h) qd = (24.95 Ton/mt.²) / 1.4 = 17.821 Ton/mt.²
qd = 17.821 Ton/mt.²
47
3.5.2. Teoría del ensayo triaxial
Ensayo Triaxial
Su principal finalidad es obtener parámetros del suelo y la relación esfuerzo-
deformación a través de la determinación del esfuerzo cortante. Es un ensayo complejo,
pero la información que entrega es la más representativa del esfuerzo cortante que sufre
una masa de suelo al ser cargada.
Consiste en colocar una muestra cilíndrica de suelo dentro de una membrana de
caucho o goma, que se introduce en una cámara especial y se le aplica una presión igual
en todo sentido y dirección. Alcanzado ese estado de equilibrio, se aumenta la presión
normal ó axial (σ1), sin modificar la presión lateral aplicada (σ3), hasta que se produzca
la falla.
Realizando por lo menos 3 pruebas, con presiones laterales diferentes, en un
gráfico se dibujan los círculos de Mohr que representan los esfuerzos de falla de cada
muestra y trazando una tangente o envolvente a éstos, se determinan los parámetros σ y
c del suelo. Dependiendo del tipo de suelo y las condiciones en que este trabajará, las
alternativas para realizar el ensayo serán: consolidado no drenado (CU), no consolidado
no drenado (UU) o consolidado drenado (CD).
a. Generalidades
Debido a que el suelo es un material tan complejo, ninguna prueba bastará por si
sola para estudiar todos los aspectos importantes del comportamiento esfuerzo-
deformación. El ensayo Triaxial constituye el método más versátil en el estudio de las
propiedades esfuerzo-deformación. Con este ensayo es posible obtener una gran
variedad de estados reales de carga.
48
Esta prueba es la más común para determinar las propiedades esfuerzo-
deformación. Una muestra cilíndrica de un suelo es sometida a una presión de
confinamiento en todas sus caras. A continuación se incrementa el esfuerzo axial hasta
que la muestra se rompe. Como no existen esfuerzos tangenciales sobre las caras de la
muestra cilíndrica, el esfuerzo axial y la presión de confinamiento, son los esfuerzos
principal mayor y principal menor respectivamente. Al incremento de esfuerzo axial, se
denomina esfuerzo desviador o desviador de rotura. Er expresado en porcentaje.
b. Esfuerzos principales
En una prueba de compresión cilíndrica, la falla ocurre debido al corte, por ello es
necesario considerar la relación entre la resistencia al corte y la tensión normal que actúa
sobre cualquier plano dentro del cuerpo a compresión.
En una prueba de compresión, una muestra de suelo esta sujeta a fuerzas
compresivas que actúan en tres direcciones, en ángulos rectos entre si, respectivamente;
uno en la dirección longitudinal, los otros dos lateralmente. Los tres planos
perpendiculares sobre los cuales estas tensiones actúan, son conocidos como los planos
principales, y las tensiones como las tensiones principales. Muchos de los problemas de
mecánica de suelos son considerados en dos dimensiones, y solo son usadas las
tensiones principales mayor y menor. A la influencia de la tensión principal intermedia
se le resta importancia.
c. Círculo de Mohr
Esta es la representación gráfica de los estados de esfuerzo de una muestra de
suelo, sometida a una prueba de compresión Triaxial. La construcción gráfica para
definir el lugar geométrico de un punto P, por medio de círculos, es de gran importancia
en la mecánica de suelos.
49
Estas resultantes son conocidas como tensiones de círculo de Mohr, se muestra en
las figuras 7 y 8.
Plano inclinado α a la horizontal: OP = σ1 cos α OQ = σ QP = ح
Figura 7. Diagrama de Mohr para compresión uniaxial.
TENSIÓN DE CORTE
P
Q Cσ1 σ1 σ3
O α 2α
TENSIÓN NORMAL
τ
τmáx
imo
σ
Figura 8. Diagrama de Mohr para comp
resión triaxial.
TENSIÓN NORMAL
TENSIÓN DE CORTE
50
El círculo de Mohr debe incluir los siguientes puntos:
a. El eje horizontal representa las tensiones normales, y el eje vertical representa las
tensiones de corte, todas dibujadas en la misma escala.
b. Los extremos del diámetro del círculo, están definidos por los valores de σ3 y σ1,
medidos desde el origen.
c. El punto P, tiene por coordenadas las tensiones normales y de corte sobre un plano
inclinado en un ángulo con respecto a la horizontal. Alternativamente P puede ser
encontrado trazando un radio desde el centro C a un ángulo 2α con respecto a la
horizontal. En un plano inclinado de α, la tensión normal es igual a OQ y la tensión
de corte es igual a PQ.
d. El diámetro del círculo es igual a (σ1 – σ3), la diferencia de tensiones principales es
conocida como “esfuerzo desviador”, y esta dada por la formula:
σd = (σ1 – σ3)
e. La máxima tensión de corte es representada por el punto P (punto más alto del
círculo) y es igual al radio.
R = (σ1 – σ3) / 2
f. Un plano sobre el cual ocurre la máxima tensión de corte, esta inclinado 45º con
respecto a la horizontal.
g. El centro del círculo C, esta a una distancia: OC = (σ1 + σ3) / 2, desde el origen.
51
Figura 9. (a) Espécimen cilíndrico, sujeto a compresión triaxial. (b) Aplicación de cargas separadas en dos componentes.
L
PÁrea = A = (π / 4) * D²
(a
P
Esfue
C
de com
a. Se
Es
igu
b. Un
inc
y e
F
esta ec
L
esfuer
/ A = (σ1 - σ3) = Esfuerzo Desviador
Dσ3 + P / A = σ1 (b
+
P
(2)(1)
σ1
= (3) σ3
rzo desviador
uando una probeta cilíndrica de longitud L y diámetro D, se somete a una prueba
presión Triaxial, será cargada en dos etapas:
aplica la presión completa (alrededor de la muestra) denotada por σ3 (Fig. 5.29).
ta actúa igualmente en todas las direcciones, así las tensiones radial y axial serán
al a σ3, o ninguna tensión de corte es inducida en la muestra.
a carga axial P se aplicará desde afuera de la celda y es progresivamente
rementada. La tensión adicional causada por P, es solamente en la dirección axial
s igual a P/A.
inalmente la tensión axial total, denotada por σ1, es igual a (σ3 + P/A), es decir,
uación puede ser ordenada de la siguiente manera:
(σ1 – σ3) = P/A
a diferencia de las tensiones principales (σ1 – σ3) se conoce con el nombre de
zo desviador. En una prueba la presión de la celda σ3, es mantenida constante a
52
un valor dado, mientras que la tensión desviadora es gradualmente incrementada.
Generalmente la tensión de falla estará representada por el máximo de la tensión de
desviación. Ver figura anterior.
(a) Espécimen cilíndrico, sujeto a compresión Triaxial.
(b) Aplicación de cargas separadas en dos componentes
Ventajas de los ensayos de compresión Triaxial
a. La muestra no es forzada a inducir la falla sobre una superficie determinada.
b. Consecuentemente, una prueba de compresión puede revelar una superficie débil
relacionada a alguna característica natural de la estructura del suelo.
c. Las tensiones aplicadas en pruebas de compresión en laboratorio, son una
aproximación de aquellas que ocurren en situ.
d. Las tensiones aplicadas son las tensiones principales y es posible realizar un estrecho
control sobre las tensiones y las deformaciones.
e. Las condiciones de drenaje pueden ser controladas y es posible una gran variedad de
condiciones de prueba.
Limitaciones de los ensayos de compresión Triaxial
a. En algunos casos de arcilla el tamaño de la muestra puede tener importantes efectos
sobre la resistencia medida.
b. Se deben confeccionar o tomar muestras de diámetros que representen
adecuadamente grietas y discontinuidades en una muestra de suelo.
Equipo para ensayo
53
El aparato consta, en primer lugar, de un tablero de comando y de una cámara
Triaxial constituida de cilindro de lucita de 35 cm. de diámetro y unos 7 mm de espesor
de su pared. (Según figura 5.33). Las bases de la cámara están conformadas por dos
placas circulares las que quedaran solidarias al cilindro, por medio de sellos de goma y
piezas de ajuste. La pieza base inferior es de acero inoxidable para poder resistir los
ensayes. La cámara con las anteriores dimensiones resiste presiones internas de 7
kg./cm.². Dentro de la cámara se ubican dos cilindros cortos, que sirven de base y
cabezal del cuerpo de prueba con piezas de aluminio perforada en contacto con este. La
transmisión de carga hacia el cuerpo de prueba se logra mediante un movimiento
ascendente de la cámara cuya sección superior del cuerpo, entra en contacto con el
vástago del anillo de carga.
Un extensómetro medirá las deformaciones que tengan lugar en el anillo, las que, a
través, de una tabla de calibración proporcionara las cargas actuantes correspondientes.
Por otro lado, el candenciómetro conjuntamente con el cronometro controlaran que la
velocidad de carga sea de 0.025 cm. /min. En las pruebas de compresión Triaxial, se
requiere que la muestra esté enfundada en membranas flexibles, resistentes
e impermeables, generalmente de látex. Para aplicar la presión de cámara en torno a
la muestra, el agua sería el fluido ideal, ya que este no ataca a la membrana de látex.
Diferencia entre los ensayos triaxial consolidado no drenado
y consolidado drenado.
Primeramente definiremos lo que se entiende por ensayos triaxiales consolidados,
en estos tipos de ensayo el espécimen se consolida primeramente bajo una presión de
confinamiento, así el esfuerzo llega a ser efectivo, es decir, la presión de cámara queda
actuando sobre la fase sólida del suelo.
54
En un ensayo C.U. (consolidado no drenado), la muestra es llevada a la falla por
rápido incremento de la carga axial, de manera que no exista cambio de volumen.
El hecho esencial de este tipo de ensayos es no permitir ninguna consolidación
durante el período de falla con la aplicación de la carga axial, esto se logra fácilmente en
una cámara de compresión Triaxial cerrando la válvula de salida de las piedras porosas
de la bureta (válvula que conecta el interior de la muestra de suelo con el exterior de la
cámara de compresión).
Se podría pensar que todo esfuerzo desviador fuera tomado por el agua de los
vacíos del suelo en forma de presión intersticial, ello no ocurre así y se sabe que parte de
esa presión axial es tomada por la parte sólida del suelo, pero en una prueba de
compresión Triaxial la muestra puede deformarse lateralmente y, por lo tanto, su
estructura toma esfuerzos cortantes desde el principio.
En el ensayo consolidado drenado, la diferencia esencial con respecto al ensayo
anterior corresponde al hecho de abrir la válvula de la bureta, esto con el propósito de
desalojar el agua contenida en los poros de la muestra de suelo que se esta ensayando,
además se cuenta el hecho de que las velocidades de aplicación de la carga son mucho
mas lentas que en el ensayo C.U.
Otra de las diferencias notables entre los dos ensayos, es que durante el ensayo
consolidado drenado se pueden medir las variaciones de volumen dentro de la muestra,
es decir, las variaciones de volumen que experimenta el índice de vacíos, esto se debe a
que el agua contenida en ellos comienza a salir lentamente, lo que permite un reacomodo
de las partículas sólidas del suelo.
55
Procedimiento del ensaye triaxial drenado
a. Preparación del equipo
• Desarmar y limpiar la cámara y todas las líneas. Cerrar las válvulas.
• Fijar el cabezal inferior de la cámara en un soporte y colocar la pieza perforada
que simula la piedra porosa. El cabezal se colocará invertido quedando la pieza
de aluminio sobre él.
b. Preparación de la muestra
• Tomar una muestra de suelo adecuada, para obtener un espécimen representativo
y cuyo volumen compactado deberá ser equivalente al del molde a usar.
• Agregar el porcentaje de humedad necesaria para obtener la humedad de
compactación.
• Formar la probeta de suelo llenando el molde en tres capas, donde cada una de
ellas es compactada de igual forma, entregando la misma energía de
compactación; el material que sobra se utilizará para determinar el contenido de
humedad de la muestra. En este caso, las muestras a ensayar serán de 35 mm. de
diámetro. Esta probeta se preparará en la base de la celda Triaxial. La muestra
de suelo se dividirá en tres partes iguales y cada parte representará una capa, su
compactación se logrará mediante golpes producidos por un martillo de peso
igual a 2.800 gr.
• En la placa inferior de la celda colocar la base afianzado firmemente, enseguida
colocar la piedra porosa y el papel filtro. Hecho esto, colocar el collarín que
recibirá el molde para la confección de la probeta. Este molde tiene la
particularidad de estar conformado por dos piezas, las que se unen
solidariamente mediante abrazaderas. Está diseñado de tal forma que una vez
confeccionada la probeta puede retirarse sin alterar la muestra.
56
• Colocar la primera membrana adherida al molde antes de comenzar el llenado,
este procedimiento se realizará colocando la membrana por el interior del molde,
dispuesto este en base de la celda Triaxial. Aplicar vacío desde el exterior del
molde, hasta el momento de finalizar el llenado de éste.
• Llenar el molde por capas, produciendo la compactación en forma manual
mediante una energía de compactación en la que se considera la altura de caída
del martillo, el peso del martillo, el volumen del molde, número de golpes y
número de capas para que de esta manera se defina que las tres capas fueron
compactadas de igual forma. Una vez completadas las capas retirar el molde y
desconectar el vacío, para mantener la verticalidad de la probeta. Colocar el
cabezal superior y desenrollar la membrana fijándola en este cabezal. Luego
retirar el molde con mucho cuidado sin que el cuerpo de prueba pierda
verticalidad.
• Para asegurarse que no existen filtraciones desde afuera de la cámara hacia el
interior del cuerpo de prueba y viceversa, cuando se realiza el ensayo, se
procederá a colocar una segunda membrana.
• Dentro de un cilindro metálico ad-hoc colocar la membrana doblando hacia
afuera sus extremos, crear un vacío entre la membrana y el cilindro. Enseguida
este conjunto se colocará sobre la muestra cubriéndola, se suspende el vacío, por
lo que la membrana se adhiere en torno a la muestra, base y cabezal. Se retira el
cilindro, los extremos libres de la membrana doblarlos sobre la base y el cabezal,
alisando las posibles arrugas. Asegurar la posición de la membrana con elásticos
alrededor de sus extremos inferior y superior, cubriendo los cabezales.
c. Armado del conjunto
• Colocar el cilindro de lucita que forma parte de la cámara Triaxial en su lugar.
La tapa superior de la cámara sobre el cilindro centrando el vástago de carga
axial cuidadosamente en el cabezal.
57
• Asegurar provisoriamente la tapa superior por medio de sus tuercas y luego en
forma definitiva, apretándolas sucesivamente de modo que la placa quede
horizontal, las placas deben apretarse con un torque solo lo suficiente para
impedir la salida de agua a través de los ajustes de goma.
• Colocar la cámara en el banco de soporte, centrándola muy bien, ajustar el marco
de carga sobre ella y también el extensómetro.
• Todas las llaves del tablero de comandos del ensaye Triaxial se deben encontrar
cerradas.
.
Figura 10. Tablero de llaves y comandos del equipo de ensaye triaxial• Se procede a trabajar en el sistema (como se muestra en la figura anterior). Se
almacena en el estanque A, agua desaireada, luego se llena con agua la bureta C
al abrir las llaves 1 y 10, posteriormente se cierra la llave 10. Enseguida se llena
de agua la celda I mediante la abertura de las llaves 2, 3 y 4 asegurándose que en
dirección a la bureta D se eliminen todas las burbujas de aire provenientes del
interior de la celda, para ello se aplicara una pequeña presión la que además hará
circular el agua hacia el exterior de la celda, una vez que el nivel de agua de la
bureta D sea el mismo que en la bureta C, cerrar las llaves 3, 4, 1 y 2.
58
• Se procederá a saturar el cuerpo de prueba, por tal motivo entrara en operación el
compresor mediante la válvula principal de alimentación de aire, luego se abren
las válvulas 8, 7 y 9 que conducirán presión hasta la llave 19, una vez que se
hayan igualado las presiones de los manómetros que conducen presión a las
celdas y la probeta, entonces anotar el volumen inicial de la bureta E, luego abrir
al mismo tiempo las llaves 3 y 19 momento en el cual comienza la saturación del
cuerpo de prueba, en este instante comienza a disminuir el volumen de la bureta
E el cual debe llegar a un nivel de volumen constante el cual queda registrado.
• Se procederá a consolidar el cuerpo de prueba hasta la presión deseada, por tal
motivo se incrementara la presión de la celda al abrir la válvula del manómetro
que comunica con la bureta C, de esta manera se vuelve a registrar el volumen de
la bureta E una vez que haya alcanzado un valor constante, de esta forma el
sistema se encuentra apto para la realización de la prueba lenta.
F .
C
igura 10. Partes principales de la máquina de ensaye triaxial
Marca de cargaPlatina
Base superior einferior celda
Muestra de suelo
Membrana de látex
Anillos o - ring
Línea de presurización b
Línea salida de líquido d
Anillo de carga
Extensómetro
Vástago transmisor de carga
Línea de vacío
Celda triaxial
Cabezales
Discos porosos (papel filtro)
Línea de saturación de la muestra
adensiómetro
59
Figura 12. Fotografía de una máquina de ensaye triaxial.
d. Procedimiento para la prueba lenta
Se procederá a la realización de la prueba lenta una vez armado el conjunto y que
este se encuentre estanco.
Una muestra cilíndrica de suelo se someterá en primer lugar a una presión
confinante, vale decir en todas sus caras, a continuación se incrementará el esfuerzo
axial, hasta que se rompa la probeta, todo esto permitiendo el drenaje en la muestra.
Además se medirán las variaciones de volumen en la etapa de carga axial, para
desarrollar la técnica sugerida por Casagrande.
e. Desarme del conjunto
Una vez obtenido los datos, se procederá a desarmar el conjunto, a través de una llave
ubicada en la base inferior de la cámara Triaxial, se procede a la evacuación del agua.
60
• Quitar las barras de armado entre placas, la tapa metálica superior, y luego el
cilindro de Lucita.
• Desenrollar los elásticos de la base y el cabezal, doblar los extremos de la
membrana sobre el espécimen y retirar la muestra.
• Quitar al espécimen las membranas impermeables, sacándolas a partir de un
extremo.
• Preparar un esquema de la muestra fallada, si existe un plano de falla claramente
definido medir su inclinación. Esta inclinación puede alterarse muy
sensiblemente por deformaciones excesivas después de la falla.
• Obtener el peso húmedo de la muestra, secar a horno y obtener su peso seco.
Calcular el contenido de humedad al principio y al final del ensayo.
• Secar la membrana impermeable y proceder a rociar con talco, para evitar su
deterioro si esta es recuperable.
• Limpiar, secar y armar nuevamente el aparato. Esto habiendo cerrado las
válvulas del tablero.
Ensaye Triaxial Consolidado no drenado
Preparación de la muestra
Compactación
Las muestras de suelo re compactadas para pruebas de compresión, pueden ser
preparadas, aplicando procedimientos de compactación Standard. Usualmente se
requieren preparar las muestras a una densidad seca especificada, aplicando un esfuerzo
de compactación determinado. El procedimiento para probar muestras re compactadas,
incluyendo cálculos, figuras y presentación de resultados, son los mismos para pruebas
similares de muestras no perturbadas. Los procedimientos de compactación antes
referidos se aplican principalmente a suelos cohesivos y a suelos sin cohesión,
parcialmente saturados. La preparación de las muestras de suelos sin cohesión, secos y
completamente saturados, requieren un tratamiento especial.
61
1ª Etapa: de consolidación σ1 = σ3 + Pc
2ª Etapa: de falla Pc
Figura 13. Modalidad de ensayo consolidado no drenado.
Resumen Clasificación de ensayos de corte directo:
• Ensayos no consolidados – no drenados
El corte se inicia antes de consolidar la muestra bajo la carga normal (vertical). Si
el suelo es cohesivo, y saturado, se desarrollará exceso de presión de poros. Este
ensayo es análogo al ensayo Triaxial no consolidado – drenado
• Ensayo consolidado – no drenado (ver figura No. 10)
Se aplica la fuerza normal, se observa el movimiento vertical del deformímetro
hasta que pare el asentamiento antes de aplicar la fuerza cortante. Este ensayo
puede situarse entre los ensayos triaxiales consolidado – no drenado y
consolidado – drenado.
• Ensayo consolidado – drenado
La fuerza normal se aplica, y se demora la aplicación del corte hasta que se haya
desarrollado todo el asentamiento; se aplica a continuación la fuerza cortante tan
lento como sea posible para evitar el desarrollo de presiones de poros en la
muestra. Este ensayo es análogo al ensayo Triaxial consolidado – drenado.
62
Para suelos no cohesivos, estos tres ensayos dan el mismo resultado, esté la
muestra saturada o no, y por supuesto, si la tasa de aplicación del corte no es demasiado
rápida. Para materiales cohesivos, los parámetros de suelos están marcadamente
influidos por el método de ensayo y por el grado de saturación, y por el hecho de que el
material esté normalmente consolidado o sobre consolidado. Generalmente, se obtienen
para suelos sobre consolidados dos conjuntos de parámetros de resistencia: un conjunto
para ensayos hechos con cargas inferiores a la presión de pre-consolidación y un
segundo juegos para cargas normales mayores que la presión de pre-consolidación.
Donde se sospeche la presencia de esfuerzo de pre-consolidación en un suelo cohesivo
sería aconsejable hacer seis o más ensayos para garantizar la obtención de los
parámetros adecuados de resistencia al corte.
3.5.3. Límites de Atterberg o límites de consistencia
Para la clasificación de los suelos finos, se realizan los Límites de Atterberg. El
nombre de estos se debe al científico sueco Albert Mauritz Atterberg (1846-1916). El
profesor Arthur Casagrande (1902-1981) realizó una gran cantidad de investigaciones
tendientes a la normalización de estos ensayos.
Los límites de Atterberg o límites de consistencia se basan en el concepto de que
los suelos finos, presentes en la naturaleza, pueden encontrarse en diferentes estados,
dependiendo del contenido de agua. Así un suelo se puede encontrar en un estado
sólido, semisólido, plástico, semilíquido y líquido. La arcilla, por ejemplo al agregarle
agua, pasa gradualmente del estado sólido al estado plástico y finalmente al estado
líquido. El contenido de agua con que se produce el cambio de estado varía de un suelo
a otro y en mecánica de suelos interesa fundamentalmente conocer el rango de
humedades, para el cual el suelo presenta un comportamiento plástico, es decir, acepta
deformaciones sin romperse (plasticidad), es decir, la propiedad que presenta los suelos
hasta cierto límite sin romperse.
63
El método usado para medir estos límites de humedad fue ideado por Atterberg a
principios del siglo veinte, a través de dos ensayos que definen los límites del estado
plástico. Los límites de Atterberg son propiedades índices de los suelos, con que se
definen la plasticidad y se utilizan en la identificación y clasificación de un suelo.
Figura 14. Límites de Atterberg.Límite de Contracción
Límite Plástico
Límite Líquido Sólido
0 W%
Plástico Líquido
100 W%
Semi sólido
• Límite Líquido
El Límite Líquido se define por convención como el contenido de humedad para el
cual una acanaladura en el equipo normalizado requiere 25 golpes para cerrarse en una
longitud de 13mm.
Aparato de Casagrande: Aparato de dimensiones normalizadas, consistente en una
copa de bronce que con un sistema de rotación, cae libremente desde 10 mm sobre una
base de goma normalizada. El llenado se hace hasta que se forme una superficie
horizontal.
Figura 15. Aparato Casagrande y llenado de muestra de suelo en la copa.
64
Se forma una zanja en el suelo, manteniendo perpendicular el acanalador a la superficie
de la copa de bronce.
Figura 16. Vista de la ranura realizada en la muestra de suelo.
Figura 17. Vista de la ranura realizada en la muestra de suelo.
Se hace rotar la manivela a una velocidad constante de 2 vueltas por segundo.
Figura 18. Momento en el que se cuenta el número de vueltas en la manivela.Se cuenta el número de golpes necesarios para cerrar la zanja en una longitud de 13 mm.
65
Desde la zona en que se cerró la zanja, se extrae el suelo para determinar su humedad.
Límite Plástico
El Límite Plástico se define por convención como el contenido de humedad para el
cual un cilindro de 3 mm de diámetro comienza a desmoronarse.
.
Figura 20. Formación de un cilindro de suelo de 3 mm. de diámetro66
Cuando el cilindro comienza a desmoronarse y no puede formarse nuevamente, se
determina su humedad. Esto se repite tres veces.
Figura 21. Formación de un cilindro de suelo de 3 mm. de diámetro.
Plasticidad y límites de consistencia
Plasticidad es la propiedad que tienen algunos suelos de deformarse sin agrietarse,
ni producir rebote elástico. Los suelos plásticos cambian su consistencia al variar su
contenido de agua. De ahí que se puedan determinar sus estados de consistencia al
variar si se conoce las fronteras entre ellas. Los estados de consistencia de una masa de
suelo plástico en función del cambio de humedad son sólidos, semisólido, líquido y
plástico. Estos cambios se dan cuando la humedad en las masas de suelo varía. Para
definir las fronteras en esos estados se han realizado muchas investigaciones, siendo las
mas conocidas las de Terzaghi y Atterberg.
Para calcular los límites de Atterberg el suelo se tamiza por la malla No. 40 y la
porción retenida es descartada. La frontera convencional entre los estados semisólido y
plástico se llama límite plástico, que se determina alternativamente presionando y
enrollando una pequeña porción de suelo plástico hasta un diámetro al cual el pequeño
cilindro se desmorona, y no puede continuar siendo presionado ni enrollado. El
contenido de agua a que se encuentra se anota como límite plástico.
67
La frontera entre el estado sólido y semisólido se llama límite de contracción y a la
frontera entre el límite plástico y líquido se llama límite líquido y es el contenido de
agua que se requiere adicionar a una pequeña cantidad de suelo que se colocará en una
copa estándar, y que se ranurará con un dispositivo de dimensiones estándar, sometido a
25 golpes por caída de 10 mm de la copa a razón de 2 golpes / seg, en un aparato
estándar para límite líquido; la ranura efectuada deberá cerrarse en el fondo de la copa a
lo largo de 13 mm.
En los granos gruesos de los suelos, las fuerzas de gravitación predomina
fuertemente sobre cualquiera otra fuerza; por ello, todas las partículas gruesas tienen un
comportamiento similar.
En los suelos de granos muy finos, sin embargo fuerzas de otros tipos ejercen
acción importantísima; ello es debido a que en estos granos, la relación de área a
volumen alcanza valores de consideración y fuerzas electromagnéticas desarrolladas en
la superficie de los compuestos minerales cobran significación. En general, se estima
que esta actividad en la superficie de la partícula individual es fundamental para tamaños
menores que dos micras (0,002 mm).
Relación entre las fases sólidas y liquidas en una arcilla
Durante mucho tiempo se creyó que los minerales de las arcillas eran de naturaleza
amorfa, pero todas las investigaciones de detalle realizadas hasta ahora han demostrado,
que son cristalinos y altamente estructurados. Existen suelos que al ser remoldeados,
cambiando su contenido de agua, si es necesario, adoptan una consistencia característica
que se ha denominado plástica. Estos suelos han sido llamados arcillas originalmente
por los hombres dedicados a la cerámica; la palabra pasó a la mecánica de suelos, en
épocas más recientes, con idénticos significados.
68
La plasticidad es en este sentido, una propiedad tan evidente que ha servido de
antaño para clasificar suelos en forma puramente descriptiva. Pronto se reconoció que
existía una relación específica entre la plasticidad y las propiedades físico - químicas
determinantes del comportamiento mecánico de las arcillas. Las investigaciones han
probado que la plasticidad de un suelo es debida a su contenido de partículas más finas
de forma laminar ya que esta ejerce una influencia importante en la compresibilidad del
suelo, mientras que el pequeño tamaño propio de esas partículas hace que la
permeabilidad del conjunto sea muy baja. Otras ramas de la ingeniería han desarrollado
otra interpretación del concepto de plasticidad, como es el caso del esfuerzo-
deformación de los materiales.
Al tratar de definir en términos simples la plasticidad de un suelo, no resulta
suficiente decir que un suelo plástico puede deformarse y remoldearse sin agrietamiento,
pues una arena fina y húmeda tiene esas características cuando la deformación se
produce lentamente y, sin embargo, no es plástica en un sentido más amplio de la
palabra; hay entre el comportamiento de la arcilla y el de la arena en cuestión una
importante diferencia: el volumen de la arcilla permanece constante durante la
deformación, mientras que el de la arena varía; además, la arena se desmorona en
deformación rápida. Por lo tanto, en mecánica de suelos podemos definir la plasticidad
como la propiedad de un material por la cual es capaz de soportar deformaciones
rápidas, sin rebote elástico, sin variación volumétrica apreciable y sin desmoronarse ni
agrietarse.
Estados de consistencia, (Límites de plasticidad).
Para medir la plasticidad de las arcillas se han desarrollado varios criterios de los
cuales se menciona el desarrollado por Atterberg, el cual dijo en primer lugar que la
plasticidad no es una propiedad permanente de las arcillas, sino circunstancial y
dependiente de su contenido de agua.
69
Una arcilla muy seca puede tener la consistencia de un ladrillo, con plasticidad
nula, y esa misma, con gran contenido de agua, puede presentar las propiedades de un
lodo semilíquido o, inclusive, las de una suspensión líquida. Entre ambos extremos,
existe un intervalo del contenido de agua en que la arcilla se comporta plásticamente.
En segundo lugar, Atterberg hizo ver que la plasticidad de un suelo exige, para ser
expresada en forma conveniente, la utilización de dos parámetros en lugar de uno.
Según su contenido de agua en forma decreciente, un suelo susceptible de ser
plástico puede estar en cualquiera de los siguientes estados de consistencia, definido por
Atterberg.
• Estado líquido, con las propiedades y apariencias de una suspensión.
• Estado Semilíquido, con las propiedades de un fluido viscoso.
• Estado Plástico, en que el suelo se comporta plásticamente.
• Estado semisólido, en el que el suelo tiene la apariencia de un sólido, pero aún
disminuye de volumen al estar sujeto a secado.
Selección para la determinación de los límites de plasticidad
Es importante que las muestras seleccionadas para determinar los límites sean lo
más homogéneas que se pueda lograr. A este respecto, ha de tenerse en cuenta, que el
aspecto de una arcilla inalterada es muy engañoso; a simple vista puede no presentar la
menor indicación de estratificación, ni cambio de color y ello no obstante, su contenido
natural de humedad puede variar grandemente en diferentes zonas de la misma muestra
extraída del terreno, con correspondientes variaciones apreciables en los límites líquidos.
70
Ensayos
• Preparación seca de muestras para ensayes de suelo
La muestra proveniente del terreno deberá secarse completamente al horno a una
temperatura que no exceda los 60 grados Celsius. Previo a esto el material se cortará en
tamiz de 5 mm (No.4) en el cual quedará una cantidad suficiente de material para
obtener una graduación representativa, que dependerá del tamaño máximo de las
partículas que se requieren para este ensayo.
Los límites de consistencia requieren 400 g de material que pasan por el tamiz de
0.05 mm (No 40), distribuidos de la siguiente manera: Limite líquido 100 g, limite
plástico 20 g, límite de contracción 30 g, ensaye de chequeo 250 g.
Se hará cuidadosamente y sólo con la presión suficiente para soltar el material fino
adherido. El suelo así molido será separado en dos fracciones mediante uso de malla 0.5
mm (No 40) y la fracción retenida, nuevamente molida. Este proceso deberá repetirse
hasta que una pequeña cantidad pase por malla de 0.5 mm (No 40). La fracción retenida
se elimina. Todo material que pasa por tamiz de 0.5 mm (No 40) será mezclado y
homogeneizado para efectuar los ensayes de límites de consistencia.
• Contenido de humedad
Según la Nch 1515 Of.79 establece el procedimiento para determinar la humedad
del suelo cuyas partículas son menores que 50 mm, esto se hace a través de una
diferencia de pesos de las muestras en los estados húmedos y secos.
La cantidad mínima de la muestra para este ensaye esta dada por la siguiente tabla:
71
Cantidad mínima de muestras de ensaye de suelo Tabla VI
Tamaño máximo de partículas (mm.) Tamaño mínimo de la muestra de ensaye (gr.)
50 3000
25 1000
12,5 750
5 500
2 100
0,5 10
Los aparatos requeridos para este fin son los siguientes:
a) Balanza: Con precisión de 0,01(g) para muestra menores de 100 (g), de 0,1 (g) para
muestras entre 100 (g) y 1000 (g), y 1 (g) para muestras mayores que 1000 (g).
b) Horno: Con circulación de aire y con temperatura regulable capaz de mantenerse en 110 ° C ± 5 ° C. c) Recipientes: de porcelana capaz de resistir la corrosión y que no altere su masa ni se
desintegre ante sucesivos cambios de temperatura.
d) Herramientas y accesorios: Espátula, brochas etc.
• Determinación del límite líquido ( NCh 1517)
Este método establece el procedimiento para determinar el límite líquido de los
suelos mediante el método mecánico. Complementariamente se incluye el método
puntual. En general, se debe aplicar el método mecánico ya que el método puntual es
aplicable solamente en control de faenas cuando se ha determinado previamente la curva
de flujo por el método mecánico y cuando las especificaciones particulares para el suelo
a ensayar así lo indiquen.
72
Aparatos
o Plato de evaporación: De porcelana un diámetro aproximado de 120 mm.
o Espátula: Con una hoja flexible de aproximadamente 75mm de largo y 20mm de
ancho.
o Aparato de límite líquido (Ver Fig. No. 19) : Taza de bronce con una masa de
200±20(g) montada en un dispositivo de apoyo fijado a una base de plástico duro
de una resilencia tal que una bolita de acero de 8 mm de diámetro, dejada caer
libremente desde una altura de 25 cm. rebote entre 75% y 90%.
o Acanalador: Combinación de acanalador y calibre, construido de acuerdo con el
plano y dimensiones de uno de los tipos indicados en Fig. No. 20
o Recipientes. Para las muestras de contenido de humedad.
o Balanza. Con una precisión de 0.01 (g)
o Probeta. Con una capacidad de 25 ml.
o Horno. Con los requerimientos de Nch 1515 Of 77.
o Herramientas tipo ASTM para hacer la ranura
Figura 22. Medidas del Aparato de límite líquido.
73
Figura 23. Herramientas ranuradoras
Tamaño de la muestra de ensaye
La muestra de ensaye debe tener un tamaño igual o mayor que 100(gr.) del
material que pasa por el tamiz de 0.5 (ASTM NO40) obtenido de acuerdo con la norma
AASHTO 387-80
Nota: Cuando se efectúa además la determinación del límite de contracción, aumentar el
tamaño de muestra requerida para dicho ensaye.
Ajuste y control del aparato de límite líquido
Ajustar la altura de la caída de la taza, se gira la manivela hasta que la taza se eleve
a su mayor altura. Utilizando el calibrador de 10 mm. (adosado al ranurador), se verifica
que la distancia entre el punto de percusión y la base sea de 10 mm. exactamente. De
ser necesario, se aflojan los tornillos de fijación y se mueve el ajuste hasta obtener la
altura de caída requerida.
74
Si el ajuste es correcto se escuchará un ligero campanilleo producido por la leva al
golpear el tope de la taza; si la taza se levanta por sobre el calibre o no se escucha
ningún sonido debe realizarse un nuevo ajuste.
Verificar periódicamente los aspectos siguientes:
• Que no se produzca juego lateral de la taza por desgaste del pasador que la
sostiene;
• Que los tornillos que conectan la taza con el apoyo estén apretados;
• Que el desgaste de la taza no sobrepase la tolerancia de masa.
• Que el desgaste de la base no exceda de 0,1 mm de profundidad. Cuando suceda
esto, debe pulirse nuevamente verificando que se mantiene la resilencia.
• Que el desgaste de los soportes no llegue al punto de quedar apoyados en sus
tornillos de fijación;
• Que el desgaste del ranurador no sobrepase las tolerancias dimensionales.
Previo a cada ensaye se verificará que la taza y la base estén limpias y secas.
Acondicionamiento de la muestra
Colocar la muestra en el plato de evaporación. Agregar agua destilada y mezclar
completamente mediante la espátula. Continuar la operación durante el tiempo y con la
cantidad de agua destilada necesaria para asegurar una mezcla homogénea.
Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se
mezclen homogéneamente.
Nota: en suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 hrs. En suelos de
baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede eliminarse.
75
Método Mecánico
Colocar el aparato de límite líquido sobre una base firme. Cuando se ha mezclado
con suficiente agua para obtener una consistencia que requiera aproximadamente 15 a 20
golpes para cerrar la ranura, tomar una porción de la mezcla ligeramente mayor a la
cantidad que se someterá a ensaye.
Colocar esta porción en la taza con la espátula, centrada sobre el punto de apoyo de
la taza con la base; comprimirla y extenderla mediante la espátula, evitando incorporar
burbujas de aire en la mezcla. Enrasar y nivelar a 10 mm. en el punto de máximo
espesor. Reincorporar el material excedente al plato de evaporación.
Nota: El nivelado a 10 mm. implica un volumen de material de aproximadamente 16 cm.
y una longitud de surco, medida sobre la superficie nivelada de aproximadamente 63
mm.
Dividir la pasta de suelo pasando el acanalador cuidadosamente a lo largo del
diámetro que pasa por el eje de simetría de la taza de modo que se forme una ranura
clara y bien delineada de las dimensiones especificadas. El acanalador de Casagrande se
debe pasar manteniéndolo perpendicular a la superficie interior de la taza. En ningún
caso se debe aceptar el desprendimiento de la pasta del fondo de la taza; si esto ocurre se
debe retirar todo el material y reiniciar el procedimiento. La formación de la ranura se
debe efectuar con el mínimo de pasadas, limpiando el acanalador después de cada
pasada.
Colocar el aparato sobre una base firme, girar la manivela levantando y dejando
caer la taza con una frecuencia de dos golpes por segundo hasta que las paredes de la
ranura entren en contacto en el fondo del surco a lo largo de un tramo de 10 mm. Si el
cierre de la ranura es irregular debido a burbujas de aire, descartar el resultado obtenido.
Repetir el proceso hasta encontrar dos valores sucesivos que no difieran en más de un
golpe. Registrar el número de golpes requerido (N).
76
Retirar aproximadamente 10 gr. del material que se junta en el fondo del surco.
Colocar en un recipiente y determinar su humedad (w) de acuerdo con NCh 1515 Of 79
Transferir el material que quedo en la taza al plato de evaporación. Lavar y secar la taza
y el ranurador.
Repetir las operaciones precedentes por lo menos en dos pruebas adicionales
empleando el material reunido en el plato de evaporación. El ensaye se debe efectuar de
la condición más húmeda a la más seca. La pasta de suelo se bate con la espátula de
modo que vaya secando homogéneamente hasta obtener una consistencia que requiera
de 15 a 35 golpes para cerrar la ranura.
Nota: Se recomienda efectuar este ensaye en cámara húmeda. Si no se cuenta con este
equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación.
Expresión de resultados
• Calcular y registrar la humedad de cada prueba (w) de acuerdo con NCh 1515 Of 79.
• Construir un gráfico semilogarítmico, con una humedad (w) como ordenada en
escala aritmética y el número de golpes (N) como abscisa en escala logarítmica.
• Dibujar los puntos correspondientes a los resultados de cada una de las tres (o más)
pruebas efectuadas y construir una recta (curva de flujo) que pase tan
aproximadamente como sea posible por dichos puntos.
• Expresar el límite líquido (WL) del suelo como la humedad correspondiente a la
intersección de la curva de flujo con la abscisa de 25 golpes, aproximando al entero
más próximo.
Método puntual
Proceder según lo anterior, excepto que la muestra debe prepararse para obtener
una consistencia que requiera 20 a 30 golpes para cerrar la ranura.
77
Deben observarse al menos, dos resultados consecutivos consistentes antes de
aceptar una prueba. Registrar el número de golpes requerido (N). La muestra para
determinar la humedad debe tomarse sólo para la prueba más aceptada. El ensaye debe
efectuarse desde la condición más seca del suelo. Calcular y registrar la humedad de la
prueba aceptada (w) de acuerdo con NCh 1515 Of79. El punto obtenido se debe
confrontar con la curva de flujo determinada previamente para el mismo tipo de suelo.
• Determinación del límite plástico ( Nch1517/II-78)
Este método establece el procedimiento para determinar el límite plástico y el
índice de plasticidad de los suelos.
Terminología
Límite plástico: humedad expresada como porcentaje de la masa de suelo seco en
horno, de un suelo remoldeado en el límite entre los estados plásticos y semisólido.
Aparatos
o Plato de evaporación. De porcelana, con un diámetro de aproximadamente 120
mm.
o Espátula. Con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm. de largo y 20 mm.
de ancho.
o Superficie de amasado: placa de vidrio esmerilado.
o Recipientes: para muestras de contenido de humedad.
o Balanza: con una precisión de 0,01 gr.
o Probeta: con una capacidad de 25 ml.
o Patrón de comparación: alambre o plástico de 3 mm. de diámetro.
o Horno: con los requerimientos de NCh 1515 Of79.
78
Tamaño de la muestra de ensaye
Debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 20 gr.
Acondicionamiento de la muestra de ensaye
o Si solo se requiere determinar el límite plástico, tomar la muestra de ensaye del
material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0,5 mm, colocar en
el plato de evaporación y mezclar completamente con agua destilada mediante la
espátula hasta que la pasta se vuelva suficientemente plástica para moldearla como
una esfera.
o Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida se
mezclen homogéneamente.
Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 hrs. En suelos de
baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en ciertos casos puede eliminarse.
o Si se requiere determinar ambos límites, líquido y plástico, tomar la muestra de
ensaye de la porción de suelos acondicionada Nch 1517. Tomar esta muestra en
aquella etapa en que la pasta de suelo se vuelva suficientemente plástica para
moldearla como una esfera. Si el material esta seco, agregar agua destilada y
homogeneizar completamente; si esta muy húmedo, amasarlo de modo que seque al
contacto con las manos hasta alcanzar la consistencia requerida.
Ensaye
o Tomar una porción de la muestra de ensaye acondicionada de aproximadamente 1
cm.³.
79
o Amasar la muestra entre las manos y luego hacerla rodar con la palma de la mano la
base del pulgar sobre la superficie de amasado conformando un cilindro solo con el
peso de mano;
o Cuando el cilindro alcance un diámetro de aproximadamente 3 mm, doblar, amasar
nuevamente y volver a conformar el cilindro;
o Repetir la operación hasta que el cilindro se disgregue al llegar a un diámetro de
aproximadamente 3 mm, en trozos de orden de 0,5 a 1 cm. de largo, y no pueda ser
reamasado ni reconstruido.
Nota 1: Si esta disgregación se produce cuando tiene un diámetro mayor que 3 mm,
puede considerarse como un punto final satisfactorio siempre que el material haya
podido conformar previamente un cilindro de 3 mm.
Nota 2: En ningún caso debe procurarse obtener la disgregación exactamente a los 3 mm
de diámetro de cilindro (por ejemplo reduciendo la velocidad y/o la velocidad del
amasado).
o Reunir las fracciones del cilindro disgregado y colocarlas en un recipiente tarado.
Determinar y registrar su humedad (w) de acuerdo con NCh 1515 Of79; y
o Repetir las etapas anteriores con dos porciones más de la muestra de ensaye.
Nota 3: Se recomienda efectuar las tres determinaciones tratando de conseguir una
humedad ligeramente mayor que el límite y ligeramente menor que el límite,
respectivamente.
Nota 4: Se recomienda efectuar este ensaye en cámara húmeda. Si no se cuenta con este
equipo deben tomarse las precauciones necesarias para reducir la evaporación.
80
Expresión de resultados
o Calcular el límite plástico (IP) como el promedio de las tres determinaciones
efectuadas sobre la muestra de ensaye. Dichas determinaciones no deben diferir
entre si en mas de 2 puntos. Si no se cumple esta condición, repetir todo el ensaye.
o Calcular el índice de plasticidad de acuerdo con la formula siguiente:
IP = WL - Wp
Donde IP = índice de plasticidad del suelo, %
WL = límite liquido del suelo, %; y
WP = límite plástico del suelo, %.
o Cuando no pueda determinarse uno de los dos límites (WL ó Wp) o la diferencia es
negativa, informar el índice de plasticidad como NP (no plástico)
o Calcular el índice líquido de acuerdo con la formula siguiente: IP
WPWLIL −=
Donde: IL = índice líquido del suelo;
W = humedad (natural) del suelo, %;
WP = límite plástico del suelo, %;
IP = índice de plasticidad del suelo, %.
o Calcular el índice de consistencia de acuerdo con la fórmula siguiente:
IPWWLIC −
=
Donde: IC = índice de consistencia del suelo;
WL = límite líquido del suelo, %
W = humedad (natural) del suelo, %
IP = índice de plasticidad del suelo, %.
81
Precisión
o Repetibilidad: dos resultados obtenidos por un mismo operador sobre la misma
muestra, en el mismo laboratorio, usando los mismos aparatos, y en días diferentes,
se consideraran dudosos si ellos difieren en más de un 10% del promedio de ambos.
o Reproductibilidad: dos resultados obtenidos por operadores diferentes, en
laboratorios diferentes, se considerarán dudosos si difieren en más de 18% de su
promedio.
• Determinación del límite de contracción.( Nch 1117/III-78)
Este método establece el procedimiento para determinar el límite de contracción de
los suelos.
Terminología
Límite de contracción: humedad máxima de un suelo para la cual la una reducción
de la humedad no causa disminución de volumen de suelo.
Aparatos
o Plato de evaporación. De porcelana, de aproximadamente 140 mm. de diámetro.
o Espátula o cuchillo, con una hoja flexible de aproximadamente 75 mm. de largo
por 20 mm. de ancho.
o Molde. Cilíndrico, metálico o de porcelana, con el fondo plano y de
aproximadamente 45 mm. de diámetro y 13 mm. de altura.
o Regla de enrase. De acero, de aproximadamente 150 mm. de largo.
82
o Taza de vidrio. De aproximadamente 60 mm. de diámetro y 30 mm. de altura,
con su borde superior pulido y esencialmente paralela a la base.
o Placa de vidrio. Con tres puntas para sumergir la muestra en el mercurio
o Probeta. Con una capacidad de 25 mm. y graduada a 0.2 ml
o Balanza. Con una precisión de 0.01 gr.
o Mercurio. Suficiente para llenar la taza de vidrio.
o Horno. Con los requerimientos de la norma NCh 1515 Of 77
Calibración del molde.
o Pesar y registrar la masa del molde vacío, aproximado a 0.1 gr.
o Determinar la capacidad del molde en cm.³ llenándolo con mercurio Hg,
enrasando con una placa de vidrio y midiendo el volumen de que llena el molde
por pesada y dividiendo por la densidad del الHg.= 13.55 gr./cm.³. Registrar dicha
capacidad como volumen de la pastilla de suelo húmedo aproximando a 0.01 ml.
Tamaño de la muestra de ensaye:
Debe tener un tamaño en masa de aproximadamente 30 gr.
Acondicionamiento de la muestra de ensaye.
o Si solo se requiere determinar el límite de contracción, tomar la muestra de
ensaye del material completamente homogeneizado que pasa por el tamiz de 0.5
mm. obtenido de acuerdo con la norma AASHTO 387-80.
o Colocar la muestra en el plato de evaporación y mezclar completamente con
agua destilada en una cantidad suficiente para llenar completamente los vacíos
del suelo y dejarlo suficientemente pastoso para colocarlo en el molde sin
inclusión de burbujas de aire.
83
Nota: La humedad necesaria para alcanzar la consistencia requerida en suelos
desmenuzables es igual o ligeramente superior a WL y en suelos plásticos puede exceder
a WL hasta un 10%.
o Curar la muestra durante el tiempo necesario para que las fases líquida y sólida
se mezclen homogéneamente.
Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 hrs. En suelos
de baja plasticidad este plazo puede ser mucho menor y en algunos casos puede
eliminarse.
o Si se requiere determinar además el límite líquido, tomar la muestra de ensaye de
la porción de suelo acondicionada según la NCh 1517/I Of 79.
Ensaye.
o Recubrir el interior del molde con una capa delgada de lubricante (por ejemplo,
vaselina o aceite de silicón para prevenir la adherencia de suelo al molde).
o Colocar una porción de suelo húmedo de aproximadamente un tercio de la
capacidad del molde en el centro de este y extenderlo hasta los bordes,
golpeando el molde contra una superficie firme recubierta con papel secante o
similar.
o Agregar una porción similar a la primera y golpear el molde hasta que el suelo
este completamente compactado y todo el aire atrapado suba a la superficie.
o Agregar material y compactar hasta que el molde este completamente lleno y con
exceso de suelo sobre el borde.
o Enrasar con la regla y limpiar posibles restos de suelo adherido al exterior del
molde.
84
o Inmediatamente de enrasado, pesar el molde con el suelo compactado. Restar la
masa del molde determinando la masa del suelo húmedo (mh). Registrar
aproximando a 0.01 gr.
o Dejar secar lentamente al aire hasta que la pastilla de suelo moldeado se
despegue de las paredes del molde o hasta que cambie de color oscuro a claro.
Nota: Se recomienda efectuar el ensaye, hasta el inicio del secado, en cámara húmeda. Si
no se cuenta con este dispositivo se deben tomar todas las precauciones necesarias para
reducir la evaporación.
o Secar en horno a 110°C hasta obtener una masa constante.
Nota: El secado en horno a 110°C no entrega resultados fiables en suelos que contienen
yeso u otros minerales que pierden fácilmente el agua de hidratación o en suelos que
contienen cantidades significativas de materia orgánica. En estos casos es recomendable
realizar el secado en horno aproximadamente a 60°C.
o Pesar el molde con el suelo seco. Restar la masa del molde determinando la masa
del suelo seco (ms). Registrar aproximando a 0.01 gr.
o Determinar el volumen de la pastilla de suelo seco.
o Llenar la taza con mercurio hasta que desborde, enrasar presionando con la placa
de vidrio y limpiar los restos de mercurio adheridos al exterior de la taza;
o Colocar la taza llena de mercurio sobre el plato de evaporación, colocar el trozo
de suelo sobre la superficie del mercurio y sumergirlo cuidadosamente mediante
las puntas de la placa de vidrio hasta que esta tope firmemente contra el borde de
la taza. (Es esencial que no quede aire atrapado bajo el trozo de suelo ni bajo la
placa de vidrio); y
85
o Medir el volumen de mercurio desplazado por el trozo de suelo por pesada y
dividiendo por la densidad del mercurio (الHg = 13,55 gr./cm.³), registrarlo como
volumen del trozo de suelo seco (Vs), aproximando a 0,01cm³ (0,01ml).
Expresión de resultados
o Calcular la humedad del suelo en el momento en que fue moldeado de acuerdo
con la fórmula siguiente, aproximando al 0.1 %:
100*ms
msmhw ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
Donde: w = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %;
mh = masa del suelo húmedo, gr. y
ms = masa del suelo seco, gr.
o Calcular el límite de contracción, del suelo de acuerdo con la fórmula siguiente,
aproximando al 1 %.
100**ms
VsVhwS wγ⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=
Donde: wS = límite de contracción, %;
w = humedad del suelo en el momento que fue moldeado, %;
Vh = volumen de la pastilla de suelo húmedo, cm.³ (ml);
Vs = volumen de la pastilla de suelo seco, cm.³ (ml);
w = densidad del agua, gr. /cm.³ (gr. /ml); yال
ms = masa del suelo seco, gr.
86
3.6. Descripción de la solución propuesta
El puente estará conformado por una superestructura de concreto armado,
consistente en una losa plana, 2 banquetas, 2 vigas principales y 2 diafragmas. La
subestructura estará conformada por estribos de concreto ciclópeo; además, contará con
una viga de apoyo de concreto armado.
3.7. Diseño del puente vehicular de la Aldea San Miguel
3.7.1. Datos de diseño
Luz libre 11.00 mt.
Ancho útil 3.60 mt.
Resistencia del concreto f'c = 210 kg. / cm.²
Resistencia del acero fy = 2,810 kg. / cm.²
Peso específico concreto ciclópeo Wcc = 2,500 kg. / mt.³
Peso específico concreto armado Wc = 2,400 kg. / mt.³
Capacidad soporte de suelo Vs = 17,821.32 kg. / mt.²
Luz total 11.00 mt.
Ancho total 4.50 mt.
Módulo de elasticidad del acero Es = 2.1 * 10 ^ 6 kg. / cm.²
Norma AASHTO para Sobrecarga H-20-44
Figura 24. Tipo de vehículo y valor de carga viva por eje según norma AASHTO H-20-44
87
3.7.2. Diseño de la superestructura
La superestructura estará compuesta por: losa de rodadura, 2 vigas principales, 2
diafragmas, 2 banquetas laterales y 2 barandales.
Figura 25. Geometría de la superestructura.3.7.2.1. Diseño de la losa
La losa del puente se diseñará con respecto a las normas AASTHO; para esto se
determinará cómo trabaja la losa. En este caso, la losa trabaja en un solo sentido, que es
el sentido corto, y por lo tanto el refuerzo principal de la losa es perpendicular al tráfico;
la separación entre vigas que hace la luz de la losa es de 1.80 mt.
3.7.2.1.1. Espesor de losa
Para losas con refuerzo principal perpendicular a la dirección del tránsito, se
recomienda calcular el espesor de losa siguiendo lo indicado en la norma AASHTO
8.9.2. con la siguiente fórmula: .mt17.030
05.3S*2.1T ≥+
= y también que el espesor
mínimo de losa sea de 15.25 cm. (6”). Donde: T = espesor de losa y S = luz libre
entre vigas.
.mt19.030
05.38.1*2.1T =+
=
Por economía del proyecto se utilizará un espesor mínimo de 16 cm. que es mayor a 6”.
88
3.7.2.1.2. Cálculo de momentos (en losa)
Los momentos que se analizarán son: por carga muerta (losa + barandal),
sobrecarga e impacto; obteniendo con estos el momento total, con el cual se procederá
posteriormente al cálculo del refuerzo. A continuación se detalla cada uno de ellos:
Wcmu = Wlosa+Wbarandal = (2,400 kg. / mt.³*0.16mt.*1mt.)+16.92 kg. / mt. = 400.92 kg. /mt.
• Momento debido a peso muerto losa entre vigas y por efecto del voladizo:
mt*.kg.mt.mt/.kg
2cmu
losa 33.18510
15.2*92.40010
S*WMcm ===
mt*.kg
2.mt.mt/.kg
2cmu
voladizo 76.2762
175.1*92.4002
L*WMcm ===
Donde: S=luz entre vigas y L=la longitud del voladizo; se escoge el Mcm mayor.
Mcm = 276.76 kg.-mt.
• Momento debido a sobrecarga o carga viva Mcv:
Según especificación AASHTO 3.24.3 caso A, para refuerzo principal
perpendicular a la dirección del tráfico, el momento por carga viva está dado por:
.ftlblbft 160,3000,16*
32290.5
*80.0P*32
2S*80.0Mcv −=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=
Donde: S = luz libre entre vigas (pies) 1.80 mt. = 5.90 ft.
P = peso del eje más pesado (lb.) = P = 16,000 lb.
Mcv = 436.98 kg. –mt.
• Momento debido al impacto, I
La carga de impacto es un incremento en el momento producido por la carga viva.
Tiene que ser menor o igual al 30%, (según norma AASTHO 3.8.2.1).
%29.38%100*3880.1
24.15%100*38L24.15I
.mt
=⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+=
89
Donde: I = fracción de impacto, siendo Imáx = 30%
L = longitud (mt.) del tramo donde la carga produce el máximo esfuerzo.
Como 38.29% > Imáx, entonces utilizar Imáx = 30% =1.30
• Momento último
Según AASTHO 1.2.22; la fórmula se integra de la siguiente manera:
( )[ ] ( )[ ]=+=+= −− 30.1*98.436*3576.276*3.1I*M*3
5M*3.1Mu .mt.kg.mt.kgcvcm
Mu = 1,590.62 kg.– mt.
3.7.2.1.3. Cálculo del peralte “d” (en losa)
d = H - 2θ - recubrimiento (se usará varilla No.5)
d = 16cm. – =−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
.cm.cm 541.2
285*541.2
12.66 cm.
3.7.2.1.4. Cálculo del refuerzo (en losa)
Para calcular el área de acero se utilizará la siguiente fórmula:
( ) 85.0*fy
c'f*c'f*003825.0
b*Mud*bd*bAs 2⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡−−=
Donde: Ф = 0.85
Mu = 1,590.62 kg. – mt.
d = 12.66 cm. Y se obtiene As = 5.13 cm.²
b = 100 cm. Grado 40
f'c = 210 kg. / cm.²
fy = 2,810 kg. / cm.²
90
Chequeando Asmín y Asmáx se verificará si el As está en el rango, según norma ACI.
ρ mín. = 2.cm/kg
810,21.14
fy1.14
= = 0.0050178
Asmín = ρ mín. * b * d, calculado para una franja unitaria de 1.00 mt. y acero Grado 40
= 0.0050178 * 100 cm.* 12.66 cm.=
Asmín = 6.35 cm.²
ρ bal = =
⎟⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+
=⎟⎟⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎜⎜
⎝
⎛
+β
2.cm/.kg
2.cm/.kg
2.cm/.kg
2 810,2
210*
003.010*10.2
810,2003.0*85.0
fyc'f*
003.0Esfy
003.0*1
6.cm/.kg
22 0.037
Asmáx = 0.5 * ρ bal * b * d = 0.5 * 0.037 * 100 cm. * 12.66 cm. = 23.39 cm.²
Asmáx = 23.39 cm.²
3.7.2.1.4.1. Cálculo del refuerzo transversal de la cama
inferior
Como se puede observar, el As < Asmín < Asmáx, entonces se debe utilizar Asmín =
6.35 cm.² por cada metro de longitud. Utilizando refuerzo corrugado No.5, el armado
quedará de la siguiente manera: No. 5 Grado 40 @ 30 cm.
3.7.2.1.4.2. Cálculo del refuerzo longitudinal camas superior e
inferior
La AASHTO (3.24.10.2) recomienda que el refuerzo longitudinal debe ser el 67%
como máximo del refuerzo transversal.
As = 0.67 * Astransv = 0.67 * 6.35 cm.² = 4.25 cm.²; una barra No.4 @ 29.83 cm. Por lo
que se propone armado No.4 Grado 40 @ 25 cm.
91
3.7.2.1.4.3. Cálculo del refuerzo transversal cama superior
Este refuerzo se calcula por temperatura, utilizando la siguiente fórmula:
Astemp = 0.002 * b * T
Astemp = 0.002 * 100 cm. * 16 cm. = 3.2 cm.²; una barra No. 3 @ 22.28 cm.
Por lo tanto se propone refuerzo No.3, Grado 40 @ 20 cm. en la cama superior.
3.7.2.2. Diseño de vigas
La sección de las vigas principales se determina basándose en la luz de las mismas;
se recomienda una altura no menor de 16L y base b, no menor que la altura sobre 3.5:
16L = 16
00.11 .mt = 0.69 mt. y b > 5.369.0 = 0.20 mt.; por lo que, se establecieron las
dimensiones siguientes: Base b = 0.35 mt. y altura H = 0.70 mt.
3.7.2.2.1. Cálculo del momento por sobrecarga o carga viva
Según especificación AASHTO, puesto que la separación entre ejes de vigas, S = 2
mt. >1.80 mt. entonces la carga sobre cada viga será la reacción de las cargas por rueda.
Ver diagrama de posición de cargas, ver Figura 26.
Figura 26. Diagrama de posición de cargas para obtener momentos máximos.92
La fracción de la carga “FC” de la rueda que absorbe cada viga es: 75.1S
Donde: S = separación máxima entre vigas = 1.80 mt.
FC = 75.180.1 .mt = 1.03 mt.
La carga por eje para una viga es la siguiente:
Carga del eje trasero = 16,000 Lbs. = 7,256.24 kg.
Carga del eje delantero = 4,000 Lbs. = 1,814.06 kg.
Los momentos máximos debidos a la sobrecarga se calculan respecto al lugar crítico.
E
T
l
Figura 27. Diagrama de cuerpo libre y posición de las ruedas del camión en lugar crítico.
11.00 mtA Ax = 0.85mt.
b
C. 1,814.06 kg.7,256.24 kg.
4.27 mt.
d a c
Ra Rb1.65 mt. 5.08 mt.
ncontrando los valores de “a” y del centro de gravedad “x” por sumatoria de momentos
∑M C.G. = 0 y Encontrando A: 2A + x mt. = 11 mt.
7,256.24x = 1,814.06 * (4.27 – x) A = (11 mt. – 0.85 mt.) / 2 = 5.08 mt.
x = 0.85 mt. A = 5.08 mt.
eniendo las distancias con el diagrama de cuerpo libre, se encuentran las reacciones en
os apoyos de la siguiente manera:
∑ Mb = 0 ∑ Ma = 0
11 mt. * Ra = 45,950.14 kg. * mt. 11 mt. * Rb = 53,823.16 kg. * mt.
Ra = 4,177.29 kg. Rb = 4,893.01 kg.
93
• Para calcular el momento máximo por carga viva, se hace un corte entre la sección
donde se aplica la carga mayor y la reacción Rb, (figura anterior) y procedemos así:
∑ Mc = 0; Mmáx = 4,893.01 kg. * 5.92 mt, – 1,814.06 kg.*4.27 mt. =
Mmáx = 21,220.58 kg. – mt. = Mmáx por carga viva.
3.7.2.2.2. Cálculo del momento por carga muerta
• El momento máximo es producido por la suma de cargas muertas en la viga:
Wcm = Wlosa + Wviga +Wbarandal =
= 384 kg./mt.+0.35 mt.*0.70 mt.*2,400 kg./mt.³ +16.92 kg./mt. = 988.92 kg. / mt.
Wcm = 988.92 kg. / mt.
El momento máximo se calcula con el siguiente diagrama de corte con carga distribuida:
Figura 28. Diagrama de corte de la carga muerta.Wcm = 988.92 kg. /mt.
L = 11.00 mt.
Mmáx = .mt.kg
2.mt.mt/.kg
2cm 42.957,14
811*92.988
8L*W
−==
Mmáx = 14,957.42 kg. – mt. = Mmáx por carga muerta
3.7.2.2.3. Cálculo del momento debido al impacto
Del concepto de impacto mencionado anteriormente se tiene:
I = 31.03800.11
1538l
15
mt
=+
=+
, y 0.31 > 0.3; utilizar I = 0.3
94
3.7.2.2.4. Cálculo del momento total
El momento total máximo se obtiene de la siguiente manera:
( )[ ]( )[ ]=+=
=+=
−− 03.1*30.1*58.220,21*3542.957,14*3.1M
.D.F*I*M*35*M*3.1M
.mt.kg.mt.kgmáx
cvcmmáx
Mmáx = 81,009.09 kg.-mt.
Donde: I = impacto = 1.3; y F. D. = factor de distribución = 1.03
3.7.2.2.4.1. Cálculo del refuerzo (Diseño a flexión)
Para el refuerzo en el centro de la viga se tienen los siguientes datos:
d’ = recubrimiento = 5.95 cm.
Mmáx = 81,009.09 kg.-mt. Se obtiene: Como se puede observar, se trata de
b = 35 cm. H = 70 cm. As = 39.94 cm.² una viga doblemente reforzada,
d = 63.73 cm., Ф = 0.9 Asmín = 7.49 cm.² Asmáx < As, por lo que se debe
f'c = 280 kg / cm.² Asmáx = 31.79 cm.² reforzar a compresión.
fy = 4,200 kg / cm.² Asmín < Asmáx < As (Ver Figuras No. 8, 9
y 10)
El cálculo correspondiente es el siguiente:
Momento que resiste el área de acero máximo M Asmáx:
M Asmáx = 100 * [(b * d)² - (b * d - Asmáx * fy / (0.85 * f'c))²] * 0.00382 * (f'c) / (b) =
( )bc'f*00382.0*
c'f*`85.0fy*AS
d*bd*b*100M2
máx2ASmáx
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −−=
Sustituyendo datos en la fórmula anterior se obtiene:
M Asmáx = 66,869.20 kg. - mt.
95
Momento que hace falta por resistir: MR = M - M Asmáx =81,009.09kg.-mt.- 66,869.20kg.- mt.
MR = 14,139.89 kg. - mt.
Área de acero a compresión: Ascomp = )d' (d *fy *
MRΦ
Ascomp = )5.95-(63.73 200,49.0
89.139,14100
cm.cm.cm/.kg
.cm.kg
2 ∗∗
∗ − = Ascomp = 6.47 cm.²
Para la cama superior = Ascomp = 6.47 cm.² + 33% según código ACI = 8.61 cm.²
Ascomp = 8.61 cm.²
Para la cama inferior: Astens = Ascomp + Asmáx = 6.47 cm.² + 31.79 cm.² = 38.26 cm.²
Astens = 38.26 cm.²
Como la viga es simplemente apoyada, no existen momentos negativos y el acero que se
colocará será corrido.
o Cama inferior = 38.26 cm.² = 6 No. 8 Grado 60 + 3 No. 6 G-60 = 38.98 cm.²
o Cama superior = 8.61 cm.²= 2 No. 8 Grado 60 + 2 No. 3 Grado 60= 9.19 cm.²
o Refuerzo adicional: es recomendable 0.25 plg.² por cada pie de alto,
quedando 3.69 cm.² distribuidos en 2 varillas corridas No.5 Grado 60;
colocadas a H/2.
Cama Inferior en sección A.6 No. 8 Grado 60, corridos +3 No. 6 Grado 60, corridos
Cama Superior en secciones A y B 2 No. 8 corridos, Grado 60 + 2 No. 3 corridos, Grado 60A
Al centro de la altura 2 No. 5 Grado 60, corridos.
Figura 29. Detalle de armado y elevación de viga principal.
96
.
Hierro No. 8, Grado 60Hierro No. 6, Grado 60Hierro No. 5, Grado 60Hierro No. 3, Grado 60
Estribo y eslabón No. 3, Grado 40
Sección de 35 cm. * 70 cm. y recubrimiento mínimo AASHTO de 5 cm.
Sección “A”
3.7.2.2.4.2. Diseño a corte
• Esfuerzo cortante por carga muerta: el esfuerzo cortante máximo se obtiene en los
apoyos y se calcula por medio de la siguiente fórmula, respecto del centro de la luz
del puente (incluye el peso Pd, del diafragma exterior):
Pd = 0.3 mt. * 0.35 mt. * 1.80 mt. * 2,400 kg. / mt.³ = 216.00 kg.
Vcm = Wcm * 2L + Pd = (988.92 kg. /mt. * 2
11 .mt ) + 216.0 kg. = 5,655.06 kg.
• Esfuerzo cortante por sobrecarga (o carga viva): este se calcula por medio de la
reacción que la estructura tiene cuando el camión está ingresando al puente.
Figura 31. Diagrama de posición de cargas que producen corte máximo.Figura 30. Detalle de armado en viga principal
4.27 mt. Ra Rb
Cv =7,256.24 kg. Cv = 1,814.06 kg.
6.73 mt.
11.00 mt
Cm = Pd = 216.00 kg.Cm = Pd = 216.00 kg.
∑ Mb = 0
Ra*11.00 mt. = 7,256.24 kg.*11.00 mt. + 1,814.06 kg.*6.73 mt. +216.00 kg.*11.00 mt.
Ra = Vcv = 8,385.76 kg.
97
• Esfuerzos cortantes totales
( )( ) ( )( )=+=+= 3.1*76.385,8*3506.655,5*3.1I*V*3
5V*3.1Vt kgkgcvcmmáx
Vtmáx = 30,971.47 kg.
• Cálculo de refuerzo a corte
Con base en el diagrama de corte real y con la siguiente fórmula, se calcula la fuerza
última de resistencia del concreto a corte (f’c en vigas = 280 kg. / cm.²):
( ) ( ) === .cm.cmcm/kgrc 73.63*35*280*53.0*85.0d*b*c'f*53.0*85.0V 2
Vrc = 16,814.57 kg.
Por medio del diagrama de corte de diseño (siguiente figura), se obtiene el corte
máximo (Vmáx). Una vez determinados estos esfuerzos, Vrc y Vmáx; se calcula el
esfuerzo cortante que será absorbido por el acero; el cual se obtiene por medio de la
siguiente fórmula:
Vs = Vmáx – Vrc = 30,971.47 kg. – 16,814.57 kg. =
Vs = 14,156.90 kg.
• Comprobar límites de espaciamiento, calculando el espaciamiento máximo: para ello
calcular las fuerzas cortantes V1 y V2, y hacer comparaciones con Vs, que es la
fuerza de corte que resiste el acero:
Vs = 14,156.90 kg.
( ) ( ) .kg.cm.cm.cm/.kg16.898,3473.63*35*280*1.1*85.0d*b*c'f*1.1*1V 2 ==Φ=
( ) ( ) .kg.cm.cm.cm/.kg16.380,7873.63*35*280*1.2d*b*c'f*1.22V 2 ===
Según el código ACI el diámetro mínimo para hierro de estribo en vigas es 3/8”.
98
- Sí V1 < Vs < V2, entonces el espaciamiento máximo Smáx = 2d = 31.87 cm.
- Pero sí Vs < V1, entonces el espaciamiento Smáx = 4d , = 4
73.63 .cm = 15.93 cm.
• Como se puede ver Vs < V1, por lo que el espaciamiento máximo en la viga
Smáx será @ 15.50 cm.
• Cálculo del espaciamiento de confinamiento S2:
Para ello, el diámetro mínimo según Código ACI será varilla No.3, G-40 (área
transversal Av.= 0.71 cm.²).
o Cálculo del esfuerzo cortante actuante último (حau), y esfuerzo cortante actuante que resiste el concreto (ح acr):
au = 2.cm/.kgح .cm.cm
.kgmáx 89.1373.63*35
47.971,30d*b
V==
acr = 2.cm/.kgح .cm.cm
.kgrc 54.773.63*35
57.814,16d*b
V==
Espaciamiento S2 = ( ) ( ) .cm.cm/.kg.cm/.kg.cm
.cm/.kg.cm 95.1754.789.13*35
810,2*71.0*2
acrau*bfy*Av*2
22
22
=−
=τ− τ
S2 = 17.95 cm.
Se propone S2 @ 15 cm.
La distribución de estribo No. 3 Grado 40, queda de la siguiente manera:
99
Primer estribo a 7.5 cm. del extremo de la viga; 17 estribos @ 15 cm. resto @ 15.50 cm.
F
igura 32. Diagrama de corte de diseño y distribución delespaciamiento de estribos en viga principal.
11.00 mt.
2.51 mt. 2.99 mt. L/2 = 5.50 mt.
Vmáx = 30,971.47 kg.
Vrc = 16,814.57 kg.
S2Smáx
SmáxS2
3.7.2.3. Diseño del diafragma
La especificación AASHTO 8.12.2 dice que un diafragma intermedio es
recomendado en el punto máximo al momento positivo para luces mayores de 40 pies
(12.19 mt). Debido a que la luz del puente es de 11 mt. no se utilizará diafragma
intermedio, sino sólo externo. El ancho de los diafragmas es generalmente de 30 cm. y
la longitud será la distancia o la luz entre vigas principales; la altura se determinará así:
Diafragma exterior: altura h = 0.5 * hviga = 0.5 * 0.70 mt. = 0.35 mt.
Por lo tanto las dimensiones del diafragma externo que se recomiendan serán:
Peralte d = 29.6 cm., altura h = 35 cm., Base = 30 cm. y longitud L = 1.80 mt.
Según especificación AASHTO, el refuerzo será equivalente al acero mínimo
requerido por la sección, tanto en la cama inferior como en cama superior.
Asmín = 2
2cm.cm.cm
.cm/.kg
46.46.29*30*810,2
1.14d*b*fy
1.14=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛=⎟⎟
⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛
Asmín = 4.46 cm.²
100
Figura 33. Armado en diafragmas externos.
Proyección Losa
2 No. 4 Grado 40, corridos. Estribo No. 3 Grado 40, Colocado @ 15 cm.
DIAFRAGMAEXTERNO
2 No. 4 Grado 40, corridos.
3.7.3. Diseño de la subestructura
La subestructura está compuesta por cortina, viga de apoyo y estribos.
3.7.3.1. Diseño de la cortina
Según AASTHO 1.2.22, la cortina está empotrada sobre la viga de apoyo,
actuando en ella las fuerzas de: empuje de la tierra (E), fuerza longitudinal (FL) y la
fuerza de sismo (EQ). De acuerdo a AASTHO 1.1.19, la estructura no debe diseñarse
para menos de un equivalente líquido a 480 kg./mt.³ actuando a una profundidad de 2’=
61 cm.
480 kg/mt.³ * 1.05 mt. = 504.00 kg. /mt.²
0.30mt
480 kg/mt.³ * 0.61 mt. = 292.80 kg. /mt.²
480 kg/mt.³ * (0.61 mt.+1.05mt.) = 796.80 kg. /mt.²
Viga de apoyo
0.30
mt.
0.61
mt.
0.75
mt.
Cor
tina
Figura 34. Geometría de cortina, viga y diagrama de presiones sobre la cortina.
0.45mt.
101
• Empuje de tierra E, (AASHTO 3.20).
Se incrementa la altura del relleno en 0.61 m.
Presiones (H = altura cortina = 1.05 mt):
P1 = 480 kg/mt.³ * 0.61 mt. = 292.80 kg. /mt.²
P2 = 480 kg/mt.³ * 1.05 mt. = 504.00 kg. /mt.²
P3 = 480 kg/mt.³ * (0.61 mt.+1.05 mt.) = 796.80 kg. /mt.²
Fuerzas de empuje:
E1 = P1 * H = 292.80 kg. /mt.² * 1.05 mt = 307.44 kg. /mt.
E2 = P2 * (H/2) = 504.00 kg. /mt.² * (1.05 mt. /2) = 264.60 kg. /mt.
E3 = P3 * (H/2) = 796.80 kg. /mt.² * (1.05 mt. /2) = 418.32 kg. /mt. = Fs
E4 = P1 * (H/2) = 292.80 kg. /mt.² * (1.05 mt. /2) = 153.72 kg. /mt. = Fsob
E = E1 + E3 = 307.44 kg. /mt. + 418.32 kg. /mt.= 725.76 kg. /mt.
• Fuerza longitudinal (FL), o fuerza de frenado (AASHTO 1.2.13)
La fuerza longitudinal es producida por las llantas del camión tráiler, en el
terraplén o aproche, la cual es transmitida a la cortina de la manera siguiente.
Según AASHTO 1.2.13, FL será el 5% de la carga viva y su centro de gravedad a
1.83 mt. (6’) sobre la superficie de rodadura. (Brazo de FL = H cortina + 6’)
CV=5% * P20 = 0.05 * 32,000 lbs. = 1,600 lb. = 725.62 kg. (2 llantas más
pesadas).
FL = ancho.de.mt/.kg.mt
.kg 12.40380.1
62.725H2
CV==
El brazo de la FL: b = H + 6’ =1.05 mt.+1.83 mt. = 2.88 mt. (H = altura de cortina)
102
• Fuerza de sismo EQ, (AASHTO 3.21).
Se utilizará un 8% del peso propio de la cortina, según criterio de la Sección de
Puentes de la Dirección General de Caminos de Guatemala. El punto de aplicación se
localiza en el centro de gravedad, de la cortina (H/2), actuando horizontalmente.
Wpropio = 2,400 kg. /mt. ³ * 0.3 mt.* 1.05 mt. = 756.00 kg. /mt.
EQ = 0.08 * 756.00 kg. /mt. = 60.48 kg. /mt. de ancho
Punto de aplicación b = ½ * 1.05 mt. = 0.525 mt. al centro de H cortina.
• Cálculo de Momentos por grupos (AASHTO 1.2.22)
M total sobre presión Mtsp = Fsob * 2H + Fs * 3
H =
= 153.72 kg. /mt.*0.525 mt. + 418.32 kg. /mt. * 0.35 mt. =
Mtsp = 227.12 (kg. /mt.) * mt.
Grupo I: esfuerzo 100% M = E1* 2H + E2* 3
H
Grupo III: esfuerzo 125% M = 1.30 * (Mtsp + FL * brazo)
Grupo VII: esfuerzo 133% M = 1.30 * (Mtsp + EQ * (H/2))
El momento máximo se determina comparando los tres grupos y se escoge el mayor.
Grupo I: esfuerzo 100% M = E1* 2H + E2* 3
H
M = 307.44 kg. /mt.* 0.525 mt.+ 264.60 kg. /mt. * 0.35 mt.=
M = 254.02 kg.- mt /mt.
Grupo III: esfuerzo 125% M = 1.30 * (Mtsp + FL * brazo)
M = 1.30*(227.12 kg.- mt /mt.+ 403.12 kg. / mt.* 2.88mt.) =
M = 1,804.54 kg.- mt /mt.
103
Grupo VII: esfuerzo 133% M = 1.30 * (Mtsp + EQ * 2H )
M = 1.30 * (227.12 kg.- mt /mt.+ 60.48 kg. / mt. * (1.05 mt. / 2)) =
M = 336.53 kg.- mt /mt.
Por lo tanto Mmáx = 1,804.54 kg.- mt /mt. del Grupo III
• Cálculo de refuerzo en cortina
La cortina trabaja en voladizo, el refuerzo principal estará a lo largo del espesor de la
cortina.
Datos: M = 1,804.54 kg.- mt /mt. Se obtiene: As = 2.96 cm.²
b = 100 cm. Asmín = 12.22 cm.²
d = 24.36 cm. Asmáx = 45.06 cm.²
f'c = 210 kg. / cm.² Como As < Asmín utilizar Asmín = 12.22 cm.²
fy = 2,810 kg. / cm.² Se propone un armado de varilla No.4 Grado 40
Es = 2.039*10 ^6 kg. /cm.² en ambas camas @ 10 cm. (refuerzo vertical,
hacer estribo ya que éste es el refuerzo principal).
o Refuerzo longitudinal (horizontal)
Como la cortina trabaja en voladizo, el refuerzo principal será un estribo de hierro
No. 4, y el refuerzo longitudinal se calculará por temperatura, de la siguiente forma:
Astemp = 0.002 * b * t = 0.002 * 105 cm. * 30 cm. = 6.30 cm.²
Donde: b = base = 105 cm. = altura de la cortina
t = espesor de la cortina = 30 cm.
Proponiendo varilla No.4, Grado 40, @ 20 cm. en ambas camas.
104
• Diseño del apoyo elastométrico
Para ello se realiza el siguiente chequeo, el cual consiste en calcular el área de
aplastamiento de la base de la viga de apoyo y se coloca una base de neopreno para
disminuirlo, así mismo la base de neopreno sirve para que el puente quede simplemente
apoyado y absorba la vibración producida por el paso de vehículos, ya que éste necesita
tener libertad de movimiento por las cargas móviles a que estará sometido.
Área de aplastamiento 2kg./cm.
kg
280Øc47.971,30
cf'ØcPAp
∗=
∗=
Dónde: Ap = Área de aplastamiento
P = carga última = 30,971.47 kg. =
f’c = esfuerzo máximo del concreto a compresión = 280 kg. / cm.²
Øc = constante de corte = 0.70
Equivalente a una plancha de neopreno de 10.16 cm. por lado; utilizar planchas de
20 cm. por 20cm. con una dureza de 59 escala SHORE según norma ASTM D2240 y un
espesor de 2 pulgadas según norma ASTM D330; para lo cual se recomienda distribuir
el espesor de 2 pulgadas colocando una plancha de acero con un espesor de 1/8 de
pulgada, pegada a una plancha de neopreno de ½ pulgada de espesor.
F .
igura 35. Detalle del apoyo elastométrico
3 PLANCHAS DE NEOPRENO, DUREZA
50 ESCALA SHORE Y ESPESOR DE
1/2" CADA UNA
4 PLANCHAS DE ACERO DE 1/8"DE ESPESORPEGADAS CON EL NEOPRENO
105
• Diseño de la viga de apoyo
o Refuerzo longitudinal
Ace p = 0.002 * b * h = 0.002 * 75 cm. * 30 cm. = 4.50 cm.²
a
Refuerzo transversal
Para el refuerzo transversal se colocan estribos de acero corrugados a no menos de
ro por temperatura: Astem
Proponiendo armado 4 No.4 G-40 @ 20 cm. cama superior y 4 No.4 Grado 40 cam
inferior.
o
2h .
Espaciamiento S = 302
.cm = 15 cm. Proponiendo armado No.3 Grado 40 @ 15 cm.
3.7.3.2. Diseño del estribo
El estribo a diseñar será de concreto ciclópeo, obteniendo con esto la ventaja de
que su diseño es simple, ya que consiste en asumir su sección y luego verificar tres
condiciones: deslizamiento, volteo y presiones.
Figura 36. Geometría y diagrama de presiones del estribo.
Ancho cortina= 0.30 mt.
480 kg/mt3 * 0.61mt= 292.80 0.05 mt.kg/m2 Ancho Fig. 6 1.875
Alto Fig. 6 1.05 0.75 mt.
480.00 0.3 mt.kg/m2
1.05480
5.5 mt.6.55
2,994.29 Kg/mt2
1.75 1.00 1.90Ancho fig.2= viga apoyo = 0.75 mt. 4.65Junta de dilatación 0.05 mt.
1
2
4 53
6
7
P
BA
I
II
480kg/m2
x
106
3.7.3.2.1. Cálculo del momento de volteo
El momento de volteo es producto del empuje de la tierra sobre el estribo y se
* altura
5 mt.= 1,917.84 kg. – mt.
3.275 mt. = 6,280.93 kg. – mt./mt.
Sección II se tiene:
Tabla VII. Cálculo del momento de volteo.
3.7.3.2.2. Cálculo del momento estabilizante
Es producido por el peso de la estructura y el relleno; para la sección I se tiene:
abla VIII. Cálculo del momento estabilizante.
. /mt. B.H. mt. Momento kg.-mt./mt.
determina de la siguiente manera:
Sección I: Empuje = presión
Empuje = 292.8 kg./mt.² * 6.5
B.P = 6.55mt. / 2 = 3.275 mt.
Momento = E * B.P.
M = 1,917.84 kg. – mt.*
Para la
T
Sección Área mt.² P. E. kg./mt.³ Peso kg
1 0.23 2,4 0 00 540.0 2.63 1,417.502 0.23 2,400 540.00 2.40 1,296.003 4.81 2,500 12 4,031.25 3.48 1,908.854 5.50 2,500 13,750.00 2.40 33,000.00
Sección je B.P. Momento Altura Presión Empu
mt. kg./mt.² kg. – mt. mt. kg. – mt./mt. I 6.55 292.80 1,917.84 3.275 6,280.93
II 3.28 2 ,994.29 9,806.29 2.18 21,410.39
E = 11,724.13 MV = 27,691.32
107
5 5.23 2,500 13,062.50 1.27 16,545.836 1.97 1,900 3,740.63 3.71 13,887.077 4.81 1,900 9,143.75 4.07 37,184.58
Peso W = 52,808.13 1ME = 45,239.84
3.7.3.2.3. Revisión del muro sin superestructura
e harán verificaciones para un muro de contención por gravedad:
Volteo = V =
S
5.1MVME
≥ Deslizamiento = D = 5.1EW5.0 ⟩∗
Presiones máxima y mínima = Pmáx = VSb
e*61AW
<⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+∗
Pmín = 0b
e*61AW
>⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−∗
: MV = momento de volteo, ME = momento estabilizante, W = peso propio de
excentricidad e =
Donde
la estructura, E = empuje, A = área de la base “b” del estribo
WMVME −a2
b − y a =
Revisión de volteo: V =
5.124.532.2769184.239,145
MVME
>== O.K.
Revisión de deslizamiento: D = 0.5 * 5.125.213.724,1113.808,52
EW
>== O.K.
Revisión de presiones: a = W
MVME − = .mt.kg
mt/.kgmt/.kg 23.213.808,52
32.691,2784.239,14=
−
108
Excentricidad, e = .mt.mt.mt 095.023.2
265.4
a2b
− =−= > 0 O.K.
22 .mt/.kg.mt/.kg.mt
.mt
.mt.mt
.kg 32.821,1795.807,1265.4095.0*61
1*65.413.808,52 ⎡ ⎛⎤⎞
be*61
AWPmáx <=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
+∗=⎥⎦
⎢⎣
⎡⎟⎜
⎝⎛+∗= O.K.
⎠
022.905,965.4095.0*61
1*65.413.808,52
be*61
AWPmín 2.mt/.kg
.mt
.mt
.mt.mt
.kg >=⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−∗=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−∗= O.K.
3.7.3.2.4. Revisión del muro con superestructura y carga viva
Este chequeo se
ue tendrá que soportar.
va es el cortante total máximo último Vtmáx distribuido a lo
rgo de la mitad de la longitud del estribo y franja unitaria; por haberse calculado para
realiza para verificar si el muro resiste el peso de las estructuras
q
• Carga muerta y viva
La carga muerta y vi
la
una viga.
.mt/.kg.mt
.kg 10.765,1347.971,30CvuCmuVtmáx ==
+=
.mt 25.225.2
Brazo = 2.275 mt. (sobre la viga de apoyo a 5 cm. de la cortina).
* 2.425 mt.
ME2 = 33,380.36 kg – mt.
MET = ME2 + ME = 33,380.36 k . / mt.
MET = 178,620.20 kg. – mt.
ME2 = (Cm + Cv) * brazo = (3,267.37 + 10,497.76) kg. /mt. * (1mt.)
g. – mt. + 145,239.84 kg. – mt
109
.mt.kg.kg
.mt.kg.mt.kg 2720.620,178MVMET 267.213.808,5232.691,
Cm=
+Revisión de presiones: a =
10.765,13WCv+
=− −
++−
Excentricidad, e =
.mt.mt.mt 058.0267.2
265.4
a2b
=−=− > 0 O.K.
22 .mt/.kg.mt/.kg.mt
.mt
.mt.mt
32.821,1722.386,1565.4058.0*61
1*65.423.573,66
be*61*
ACvCmWPmáx <=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+∗=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+
++=
Pmáx = 15,386.22 kg / mt.2 < 17,821.32 kg / mt.2 OK
22 .mt/.kg.mt/.kg.mt
.mt
.mt.mt
32.821,1742.247,1365.4058.0*61
1*65.423.573,66
be*61*
ACvCmWPmín <=
⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+∗=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛−
++=
Pmín = 13,247.42 kg / mt.2 > 0 O.K.
La estructura resiste las presiones.
3.7.3.2.5. Revisión del muro con sismo (sin carga viva)
Para esta revisión
W2 = 56,075.49 kg.
ME3 = ME + (Cmu * brazo) = 14 7.36 kg.* 2.425 mt.) =
ME3 = 153,163.21 kg. – mt.
se toman los momentos de volteo en el sentido horizontal.
W2 = W + Cmu = 52,808.13 kg. + 3,267.36 kg. =
5,239.84 kg.-mt.+ (3,26
Fuerza horizontal FH:
110
FH = 1.08 * E + 0.08 * W2
+ 0.08 * 56,075.49 kg.
FH = 17,148.10 kg.
Tabla 9. Cálculo de momento de volteo sentido horizontal.
Sección Peso kg. /mt. B.V. mt. Momento kg. – mt.
FH = 1.08 * 11,724.13 kg.
1 540.00 6.18 3,334.50 2 540.00 5.65 3,051.00 3 12,031.25 1.83 22,057.294 13,750.00 2.75 37,812.50 5 13,062.50 1.83 23,947.92 6 3,740.63 6.03 22,537.27 7 9,143.75 3.67 33,527.08 MV2 = 146,267.56
MEQ = 0.08 * MV2
EQ = 0.08 * 146,267.56 kg. – mt. =
MEQ = 11,701.40 kg. – mt.
MV3 = (1.08 * MV) + (Cmu * 0
V3 = (1.08 * 27,691.32) + (3,267.37 kg.* 0.08 * 5.80 mt.) + 11,701.40 kg. – mt.
kg. – mt.
Chequeo de volteo
=
M
.08 * h) + MEQ
M
MV3 = 43,124.09
V 5.155.309.124,433MV21.163,1533ME
.mt.kg
.mt.kg >==−
− O.K.
Chequeo por deslizamiento
D = 5.164.110.148,17FH .kg −
49.075,562W*50.0.mt
.mt.kg >== − O.K.
111
Chequeo de presiones
.mt.kg
.mt.kg.mt.kg 96.149.075,56
09.124,4321.1,1533MV3MEa =−
=63
2W=−−−
0363.096.12
65.4a
2be .mt.mt
.mt >=−=−= O.K.
2.mt/.kg.mt.mt.mt
.kg 37.702,1765.4
365.0*611*65.4
49.075,56b
e*61A
2W Pmáx =⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛+∗=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+∗=
Pmáx = 17,702.37 kg / mt.² < 17,821.32 kg / mt.² OK
2.mt/.kg.mt.mt.mt
.kg 12.416,665.4
365.0*611*65.4
49.075,56b
e*61A
2WPmín =⎥⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛−∗=⎥
⎦
⎤⎢⎣
⎡⎟⎠⎞
⎜⎝⎛+∗=
Pmín = 6,416.12 kg / mt.² > 0 OK
as las revisiones anteriores están dentro de los
tros de diseño; la estructura con las dimensiones de la figura 36, son correctas y
Como ambas presiones y tod
paráme
las adecuadas para las cargas de diseño analizadas.
112
3.8. Presupuesto del proyecto Tabla X
TRABAJOS PRELIMINARESDescripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
1 Limpieza 70.00 mt.² Q12.00 Q840.002 Trazo y estaqueado 1 Global Q4,000.00 Q4,000.003 Bodega y guardianilla 1 Global Q6,000.00 Q6,000.004 Relleno de aproches 987.74 mt.³ Q80.50 Q79,513.23
Q90,353.23
ESTRIBO ( 2 unidades) 139.84 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P. Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 553.76 Sacos Q40.95 Q22,676.332 Arena de río 61.37 mt.³ Q110.00 Q6,751.213 Piedra bola 93.69 mt.³ Q110.00 Q10,306.024 Tabloncillo de 1½" x 12" x 9' 1,685.00 P.T. Q3.78 Q6,369.305 Parales 3" x 2" x 9' 225.00 P.T. Q3.78 Q850.506 Alambre de amarre 30.00 Libras Q3.85 Q115.507 Tubo PVC Drenaje 4" 3.00 Unidades Q345.43 Q1,036.298 Clavo de 4" 50.00 Libras Q3.85 Q192.50
Q48,297.66MANO DE OBRA
9 Excavación 105.04 mt.³ Q55.00 Q5,777.3910 Formaleteado 104.76 mt.² Q41.80 Q4,378.9711 Fundición 139.84 mt.³ Q38.50 Q5,383.7412 Desencofrado 104.76 mt.² Q20.90 Q2,189.48
Subtotal de mano de obra Q17,729.59Factor de ayudante 38% Q6,737.24Factor de prestaciones 65% Q11,524.23
Q35,991.06Total de materiales y mano de obra : Q84,288.72Utilidades 25% Q21,072.18
TOTAL Q105,360.90
ALETONES ( 4 unidades 20.49 mt.³ c/u) 53.08 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 210.20 Sacos Q40.95 Q8,607.562 Arena de río 23.30 mt.³ Q110.00 Q2,562.653 Piedra bola 35.56 mt.³ Q110.00 Q3,912.004 Tabloncillo de 1½" x 12" x 9' 2,075.00 P.T. Q3.78 Q7,843.505 Parales 3" x 2" x 9' 180.00 P.T. Q3.78 Q680.406 Alambre de amarre 30.00 Libras Q3.85 Q115.507 Clavo de 4" 50.00 Libras Q3.85 Q192.50
Q23,914.10MANO DE OBRA
8 Excavación 30.12 mt.³ Q55.00 Q1,656.609 Formaleteado 140.52 mt.² Q41.80 Q5,873.70
10 Fundición 53.08 mt.³ Q38.50 Q2,043.5811 Desencofrado 140.52 mt.² Q20.90 Q2,936.85
Subtotal de mano de obra Q12,510.73Factor de ayudante 38% Q4,754.08Factor de prestaciones 65% Q8,131.98
Q25,396.79Total de materiales y mano de obra : Q49,310.89Utilidades 25% Q12,327.72
TOTAL Q61,638.62
Total de materiales
Total de mano de obra
PUENTE VEHICULAR ALDEA SAN MIGUELMATAQUESCUINTLA, JALAPA
Total trabajos preliminares
Total de materiales
Total de mano de obra
113
VIGAS DE APOYO Y CORTINAS 4.05 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P. Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 39.69 Sacos Q40.95 Q1,625.312 Arena de río 2.23 mt.³ Q110.00 Q245.033 Piedrín de 3/4" 2.23 mt.³ Q209.00 Q465.554 Hierro de No.4 Grado 40 de 6 mt. de largo 72.00 Varillas Q45.11 Q3,247.905 Hierro de No.3 Grado 40 de 6 mt. de largo 24.00 Varillas Q23.26 Q558.256 Alambre de amarre 97.05 Libras Q3.85 Q373.667 Clavo de 3" 10.00 Libras Q3.85 Q38.508 Tabloncillo de 1½" x 12" x 8' 350.00 P.T. Q3.78 Q1,323.009 Parales 3"x2"x9' 243.00 P.T. Q3.78 Q918.54
Q8,795.73MANO DE OBRA
10 Armadura No.4 432.00 ml. Q3.30 Q1,425.6011 Armadura No.3 144.00 ml. Q2.48 Q356.4012 Formaleteado 83.97 ml. Q6.60 Q554.2013 Fundición 4.05 mt.³ Q38.50 Q155.9314 Desencofrado 83.97 ml. Q3.30 Q277.10
Subtotal de mano de obra Q2,769.23Factor de ayudante 38% Q1,052.31Factor de prestaciones 65% Q1,800.00Total de mano de obra Q5,621.53Total de materiales y mano de obra : Q14,417.27Utilidades 25% Q3,604.32
TOTAL Q18,021.58
VIGAS PRINCIPALES 5.58 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 70.34 Sacos Q40.95 Q2,880.402 Arena de río 2.96 mt.³ Q110.00 Q325.463 Piedrín de 3/4" 3.07 mt.³ Q209.00 Q641.714 Hierro No. 8 Grado 60 de 12 mt. de largo 16.00 Varillas Q358.80 Q5,740.805 Hierro No. 6 Grado 60 de 12 mt. de largo 6.00 Varillas Q226.32 Q1,357.926 Hierro No. 5 Grado 60 de 12 mt. de largo 4.00 Varillas Q133.58 Q534.347 Hierro No. 3 Grado 60 de 12 mt. de largo 4.00 Varillas Q47.98 Q191.937 Hierro No. 3 Grado 40 de 6 mt. de largo 66.00 Varillas Q23.26 Q1,535.208 Alambre de amarre 189.42 Libras Q3.85 Q729.259 Clavo de 4" y 3" 60.00 Libras Q3.85 Q231.00
11 Tabloncillo de 1½" x 12" x 9' 360.00 P.T. Q3.78 Q1,360.80Q15,528.81
MANO DE OBRA12 Armadura No. 8 192.00 ml. Q6.60 Q1,267.2013 Armadura No. 6 72.00 ml. Q4.95 Q356.4014 Armadura No. 5 48.00 ml. Q4.13 Q198.0015 Armadura No. 3 444.00 ml. Q2.48 Q1,098.9016 Formaleteado 110.00 ml. Q6.60 Q726.0017 Dinteleado y paraleado 22.00 ml. Q44.00 Q968.0018 Fundición 22.00 ml. Q132.00 Q2,904.0019 Desencofrado 110.00 ml. Q3.30 Q363.00
Subtotal de mano de obra Q7,881.50Factor de ayudante 38% Q2,994.97Factor de prestaciones 65% Q5,122.98Total de mano de obra Q15,999.45Total de materiales y mano de obra : Q31,528.25Utilidades 25% Q7,882.06
TOTAL Q39,410.32
Total de materiales
Total de mano de obra
Total de materiales
114
DIAFRAGMAS EXTERIORES 0.38 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 4.76 Sacos Q40.95 Q195.042 Arena de río 0.21 mt.³ Q110.00 Q22.873 Piedrín de 3/4" 0.30 mt.³ Q209.00 Q62.704 Hierro No.5 Grado 40 de 6 mt. de largo 4.00 Varillas Q59.36 Q237.455 Hierro No.3 Grado 40 de 6 mt. de largo 6.00 Varillas Q23.26 Q139.566 Alambre de amarre 12.95 Libras Q3.85 Q49.857 Clavo de 3" 10.00 Libras Q3.85 Q38.509 Tabloncillo 1½"x12"x6' 150.00 P.T. Q3.78 Q567.00
Q1,312.97MANO DE OBRA
10 Armadura No. 5 24.00 ml. Q4.13 Q99.0011 Armadura No. 3 36.00 ml. Q2.48 Q89.1012 Formaleteado 14.40 ml. Q6.60 Q95.0413 Dinteleado y paraleado 3.60 ml. Q44.00 Q158.4014 Fundición 3.60 ml. Q132.00 Q475.2015 Desencofrado 14.40 ml. Q3.30 Q47.52
Subtotal de mano de obra Q964.26Factor de ayudante 38% Q366.42Factor de prestaciones 65% Q626.77
Q1,957.45Total de materiales y mano de obra : Q3,270.42Utilidades 25% Q817.61
TOTAL Q4,088.03
LOSA DE RODADURA 6.90 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 67.59 Sacos Q40.95 Q2,767.842 Arena de río 3.79 mt.³ Q110.00 Q417.273 Piedrín de 3/4" 3.79 mt.³ Q209.00 Q792.814 Hierro No.5 Grado 40 de 6 mt. de largo 27.00 Varillas Q59.36 Q1,602.795 Hierro No.4 Grado 40 de 6 mt. de largo 70.00 Varillas Q45.11 Q3,157.686 Hierro No.3 Grado 40 de 6 mt. de largo 42.00 Varillas Q23.26 Q976.957 Alambre de amarre 144.87 Libras Q3.85 Q557.768 Clavo de 3" 35.00 Libras Q3.85 Q134.759 Antisol 4.00 Galones Q52.80 Q211.20
10 Tabloncillo 1½"x12"x9' 800.00 P.T. Q3.78 Q3,024.0011 Parales de 4"x4"x13' 950.00 P.T. Q3.78 Q3,591.00
. Q17,234.04MANO DE OBRA
12 Armadura No.5 162.00 ml. Q4.13 Q668.2513 Armadura No.4 420.00 ml. Q3.30 Q1,386.0014 Armadura No.3 252.00 ml. Q2.48 Q623.7015 Entarimado + faldones+ paraleado 49.72 mt.² Q38.50 Q1,914.2216 Fundición de losa t = 0.16 mt. 49.72 mt.² Q27.50 Q1,367.3017 Desencofrado de losa y faldones 49.72 mt.² Q19.25 Q957.11
Subtotal de mano de obra Q6,916.58Factor de ayudante 38% Q2,628.30Factor de prestaciones 65% Q4,495.78
Q14,040.66Total de materiales y mano de obra : Q31,274.70Utilidades 25% Q7,818.67
TOTAL Q39,093.37
Total de materiales
Total de mano de obra
Total de materiales
Total de mano de obra
115
BANQUETA 1.76 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P. Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 17.25 Sacos Q41.00 Q707.172 Arena de río 0.97 mt.³ Q110.00 Q106.483 Piedrín de 3/4" 0.97 mt.³ Q209.00 Q202.314 Hierro de No.4 Grado 40 de 6 mt. de largo 21.00 Varillas Q45.11 Q947.305 Hierro de No.3 Grado 40 de 6 mt. de largo 12.00 Varillas Q23.26 Q279.136 Alambre de amarre 18.50 Libras Q3.85 Q71.237 Clavo de 2.5" 15.00 Libras Q3.85 Q57.758 Antisol 1.00 Galón Q52.80 Q52.809 Tabloncillo 1½" x 12" x 8' 150.00 P.T. Q3.78 Q567.00
Total de materiales Q2,991.17MANO DE OBRA
11 Armadura No.4 126.00 ml. Q3.30 Q415.8012 Armadura No.3 72.00 ml. Q2.48 Q178.2013 Formaleteado de faldones 44.00 ml. Q6.60 Q290.4014 Fundición de losa t = 0.15 m 9.90 mt.² Q27.50 Q272.2515 Desencofrado 44.00 mt.² Q3.30 Q145.20
Subtotal de mano de obra Q1,301.85Factor de ayudante 38% Q494.70Factor de prestaciones 65% Q846.20
Q2,642.76Total de materiales y mano de obra : Q5,633.93Utilidades 25% Q1,408.48
TOTAL Q7,042.41
BARANDA (12 POSTES + TUBO HG 2") 0.27 mt.³No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario Total
MATERIALES1 Cemento 2.65 Sacos Q41.00 Q108.492 Arena de río 0.15 mt.³ Q110.00 Q16.343 Piedrín de 1/2" 0.15 mt.³ Q209.00 Q31.044 Hierro de 3/8" Grado 40 de 6 mt. de largo 12.00 U Q23.26 Q279.135 Hierro de 1/4" 9.00 U Q9.81 Q88.316 Alambre de amarre 6.00 Libras Q3.85 Q23.107 Clavo de 3" 3.00 Libras Q3.85 Q11.558 Tubo H.G. de 2" x 20 pies de largo. 8.00 U Q313.50 Q2,508.00
Q3,065.95MANO DE OBRA
9 Armadura No.3 72.00 ml. Q2.48 Q178.2010 Armadura No.2 54.00 ml. Q1.65 Q89.1011 Formaleteado 48.00 ml. Q22.50 Q1,080.0012 Fundición 12.00 ml. Q19.80 Q237.6013 Desencofrado 48.00 ml. Q11.25 Q540.00
Subtotal de mano de obra Q2,124.90Factor de ayudante 38% Q807.46Factor de prestaciones 65% Q1,381.19
Q4,313.55Total de materiales y mano de obra : Q7,379.49Utilidades 25% Q1,844.87
TOTAL Q9,224.37
Total de mano de obra
Total de materiales
Total de mano de obra
116
No. Descripción Cantidad Unidad P.Unitario TotalesA TRABAJOS PRELIMINARES 1.00 Global Q90,353.23 Q90,353.23B ESTRIBO ( 2 unidades) 2.00 Unidad Q52,680.45 Q105,360.90C ALETONES ( 4 unidades 20.49 mt.³ c/u) 4.00 Unidad Q15,409.65 Q61,638.62D VIGAS DE APOYO Y CORTINAS 2.00 Unidad Q9,010.79 Q18,021.58E VIGAS PRINCIPALES 22.00 ml. Q1,791.38 Q39,410.32F DIAFRAGMAS EXTERIORES 3.60 ml. Q1,135.56 Q4,088.03G LOSA DE RODADURA 45.10 mt.² Q866.82 Q39,093.37H BANQUETA 9.90 mt.² Q711.35 Q7,042.41I BARANDA (12 POSTES + TUBO HG 2") 12.00 ml. Q768.70 Q9,224.37J NEOPRENO 1/2" DE ESPESOR, DUREZA 70 @ 16.00 Pie² Q300.00 Q4,800.00
75 ESCALA SHORE, Y RESISTENCIA 3,500 PSIPARA EL APOYO ELASTOMÉTRICO
K PLATINAS DE ACERO DE 1/8" DE ESPESOR 16.00 Pie² Q100.00 Q1,600.00PARA EL APOYO ELASTOMÉTRICO
Q380,632.82Q64,707.58
Q445,340.41$57,094.92
P.U. = Q8,996.78 /mt.²
RESÚMEN PRESUPUESTO DE PUENTE VEHICULAR ALDEA SAN MIGUEL
TOTAL =
SUB-TOTAL = IVA + ISR =
TOTAL =
117
118
4. OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO
4.1. Obras de arte proyecto de drenaje en Cantón Elena
Dentro de las obras de arte que componen el proyecto de drenajes de Cantón
Elena, y que requerirán de mantenimiento están los pozos de visita, tubería PVC de
varios diámetros, y la planta de tratamiento de aguas negras.
4.1.1. Inspecciones y mantenimiento a pozos de visita
Estas estructuras poseen dimensiones que permiten el ingreso de una persona para
realizar trabajos de limpieza e inspecciones que pueden ayudar al retiro de materiales
que obstruyan el flujo de aguas negras en el alcantarillado sanitario.
Las tapaderas de pozos y candelas deben ser inspeccionadas periódicamente y
realizar cambios para que no ocasionen accidentes con el paso de peatones y daños a
vehículos.
El deterioro de tapaderas provoca filtraciones de agua superficial o de lluvia a los
pozos y ello puede acarrear sólidos y éstos pueden provocar taponamientos y
obstrucciones en el alcantarillado principal.
Para evitar esto se debe revisar que las tapaderas estén bien instaladas y si es
necesario considerar el reemplazo de las mismas, así como revisar que no exista
desprendimiento del repello interior.
119
4.1.1.1. Enemigos de una obra civil de saneamiento ambiental como
lo es un alcantarillado sanitario
• Metales: varillas, latas de aluminio, hojalatas, etc.
• Plásticos: bolsas, envases y otros.
• Cartones, químicos y tóxicos.
• Pañales desechables y toallas sanitarias: éstos tapan los sistemas de aguas residuales
y plantas de tratamiento ya que son productos fabricados con materiales especiales
para absorber líquidos y se inflan ocasionando taponamientos en este tipo de obras.
• Agua de lluvia: la cual no debe llegar a letrinas, fosas sépticas ni a plantas de
tratamiento, pues el agua en exceso provocaría que la tubería de alcantarillado
sanitario trabaje a presión y por consiguiente el colapso de la misma, además que
diluye las bacterias presentes que degradan la materia orgánica, ya que el
crecimiento de dichas bacterias son el componente principal de los sistemas de
tratamiento aeróbico y anaeróbico de aguas negras, acerca de lo cual en este trabajo
de graduación se hacen dos propuestas en el capítulo 2.1.5.
4.1.2. Tubería PVC
La tubería PVC para drenaje posee características que le permiten tener una
deformación aceptable en su sección sin que la misma se fracture. Para evitar el
reemplazo o colapso de una pieza o tramos de tubería, debe tenerse especial cuidado en
la instalación, siguiendo especificaciones sobre compactación y control de deflexiones,
para ello debe conocerse el tipo de suelo que cubrirá la tubería, ya que de acuerdo a sus
propiedades y calidad, éste absorberá cierta cantidad de la carga transmitida por el tubo.
Por lo tanto, la clase de suelo que se utilice para encamado, soporte lateral y
relleno es fundamental en el comportamiento de la tubería.
120
4.1.3. Plantas de tratamiento
A este respecto, el tema de operación de los dos tipos de plantas propuestas en este
trabajo “A” y “B”, se desarrollan con mayor detalle y esquemas a partir de la sección
2.1.5, a continuación se presentan los temas de mantenimiento y reparación tanto para el
sistema de drenaje de Cantón Elena como para el puente de la aldea San Miguel.
4.1.3.1. Planta Propuesta “A”
La operación y mantenimiento son actividades sencillas y sus costos de operación
corresponden únicamente a las horas que un responsable de la misma le suministre al
día; el consumo eléctrico de motor 7.5 hp. y las tabletas de cloro se consumen cuando se
reutiliza el líquido tratado. El sistema tiene como ventaja lo compacto de la planta, así
como su alta eficiencia; de no existir malos olores fuera de las instalaciones de la planta,
se recomienda una distancia de 10 metros de separación con la última casa para evitar
algunos problemas de ruido durante la quietud de la noche; la producción de lodos es
baja; su operación, automática y su mantenimiento, mínimo. A la par de la estructura
base, se deberá construir un tanque para bombear el excedente de lodos, cuando el
volumen diario sea mayor a 12,000 GPD y haya un sistema de patios para secar los
lodos; estas estructuras son complementarias al sistema y ayudan a un mejor
aprovechamiento de los lodos con fines agrícolas.
4.1.3.2. Mantenimiento Propuesta “B”
En este tipo de planta el reactor principal de tratamiento no requiere de energía
eléctrica para su funcionamiento, lo que redunda en costos muy bajos de operación, a
menos que se quiera instalar una bomba eléctrica para el retorno de los lixiviados al
reactor anaerobio. Cuando se requiera limpiar el biofiltro, el sistema debe lavarse a
presión para desprender las capas de biomasa del mismo.
121
4.2. Puente vehicular Aldea San Miguel
Con respecto al proyecto del puente de la aldea San Miguel, los componentes que
requerirán inspecciones rutinarias y que estarán sujetas a mantenimiento son las
estructuras de concreto, componentes metálicos incluyendo juntas de dilatación, el cauce
del río aguas arriba y aguas abajo, planchas de neopreno en los apoyos y los aproches.
4.3. Mantenimiento de cuencas
Es necesario que la cuenca del río tenga un mantenimiento continuo, sobre todo
previo a la entrada del invierno; no es recomendable hacer excavaciones de material
cerca de las subestructuras de los puentes, sobre todo aguas abajo.
En algunos casos habrá necesidad de hacer enrocamientos y tratamientos
especiales del lecho del río, sobre todo cuando se hace notar que los cimientos de las
pilas y de los estribos empiezan a verse o a quedarse en el aire.
4.3.1. Colocación de Gaviones
Los gaviones son canastas fabricadas con alambre galvanizado, que se llenan con
piedra de canto rodado o piedra bola, de regular tamaño y se amarran entre sí para
producir muros que a la vez de encauzar la cuenca del río, protegen contra las
socavaciones laterales del mismo y a la subestructura del puente.
Una de las ventajas de estos sistemas de protección de taludes y cuencas es que son
elementos totalmente permeables. El alto del Gavión no debe exceder tres veces las
dimensiones de su base.
122
4.3.2. Dragados
Cuando el cauce del río ha acarreado mucho material y este se ha sedimentado
cerca de la subestructura del puente, es necesario hacer dragados para que la corriente
pase adecuadamente por debajo del mismo, evitando así golpear y dañar la estructura.
Otros casos en los cuales es necesario dragar el río, es cuando éste por cuestiones
naturales ha cambiado su cauce, y cuando se desea cambiar el cauce de manera temporal
para poder realizar trabajos en la cuenca.
4.3.3. Enrocamientos
Otro tipo de trabajos que se pueden realizar son los enrocamientos o colocación de
rocas de regular tamaño a los lados del río para garantizar su cauce y para proteger de
socavaciones laterales a la subestructura del puente.
4.3.4. Reparaciones
Las reparaciones dentro del mantenimiento de puentes son las siguientes acciones:
Sellado de fisuras, inyección de fisuras, saneo de concreto degradado, reposición de
concreto, limpieza de armaduras, impermeabilización del tablero, pintura perimetral,
recolocación o recalce de apoyos, reparación o reposición de barreras o parapetos,
reparación de aceras y canalizaciones de servicios, actuaciones sobre el pavimento y
otras actuaciones singulares como, por ejemplo, arreglo de socavaciones en la
cimentación, etc. Estas acciones se llevan a cabo por equipos específicos una vez que se
ha decidido su realización. La reparación de los puentes enmarca las siguientes
actividades en los puentes que son realizadas por personal técnico especializado
(Empresas Contratistas):
123
• Alineamiento vertical y horizontal de tableros de la superestructura.
• Cambio de apoyos.
• Cambio de juntas de dilatación.
• Rehabilitación del concreto degradado.
• Tratamiento de armados expuestos.
• Inyección de grietas en subestructura y superestructura.
• Protección de aceros expuestos en subestructura y superestructura utilizando Sand-
Blasting, picado o pegacreto para colocar concreto lanzado.
• Otro tipo de acciones es la reparación de daños producidos por golpes. Con cierta
frecuencia se producen colisiones del tráfico con las obras, especialmente de
vehículos que circulan con altura excesiva de carga por pasos inferiores, aunque
también dentro de la propia carretera por colisionar contra pilas, etc. Estos daños
cuando se producen son reparados aunque no constituyan un peligro inmediato para
el buen funcionamiento de la estructura. La reparación consiste normalmente en la
eliminación del concreto roto y su sustitución por un mortero de reparación.
4.3.4.1. Acciones y procedimientos comunes de reparaciones en
puentes
Cuando el deterioro del concreto de la estructura del puente aparece en estado
avanzado, con desprendimientos en algunas zonas, armaduras pasivas al descubierto con
oxidación evidente, y a veces, desaparición de la misma, armaduras activas con inicios
de oxidación y sus conductos con zonas sin inyectar, falta de recubrimiento, o síntomas
de fallas en los anclajes; la reparación del puente se efectuará atendiendo a los principios
siguientes:
Las acciones que se llevan a cabo frecuentemente son (ver incisos 4.3.4.1.1 @
4.3.4.1.11.):
124
4.3.4.1.1. Impermeabilización y regeneración del concreto
de losas, pilas y estribos, consistente en:
• Descubrir la cara superior del tablero y proceder a su inspección y auscultación para
descubrir fisuras, zonas huecas, degradación, etc. En pilas y estribos se inspeccionan
las partes visibles.
• Inyectar las fisuras cuya abertura y profundidad suponga un peligro grave para la
durabilidad tanto en la cara superior como inferior, y sellar el resto.
• Eliminar, en el caso que existe, el concreto cuarteado, desagregado, o separado en
láminas y sustituirlo por un mortero de reparación.
• Limpiar el oxido de las armaduras descubiertas y sustituirlas en el caso de que
tuvieran una corrosión importante.
• Mejorar el sistema de drenaje en los casos en que convenga.
• Extender una capa de impermeabilización competente en la cara superior del tablero,
regularizando la superficie previamente si es necesario.
4.3.4.1.2. Recubrir el concreto visto
En la cara inferior de las losas, pilas, estribos, alzados, etc. con una pintura anti
humedad y anti carbonatación transparente o de color, previo chorreado con arena.
Reparación o sustitución de elementos del equipamiento. Como lo son: apoyos,
juntas de dilatación, los sistemas de impermeabilización y drenaje, el pavimento, las
barreras de seguridad, las barandillas, las aceras, las eventuales canalizaciones para
servicios, etc.
En la mayoría de los casos, además, el deterioro de estos elementos es mucho más
rápido que el de la estructura por lo que normalmente una buena parte de acciones va
dirigida a la reparación o renovación de los mismos.
125
4.3.4.1.3. Cambio de apoyos elastométricos (Neopreno)
Aunque presumiblemente en un futuro sea necesaria la renovación de apoyos,
hasta el momento no se han observado roturas ni envejecimiento que hagan aconsejable
su sustitución salvo en algún caso aislado.
Sin embargo si ha sido necesario recolocar algunas pastillas de neopreno que se
habían desplazado de su posición original como consecuencia normalmente de una mala
colocación inicial y de un deficiente apoyo de la estructura.
También ha sido necesario corregir el descenso de algunas líneas de apoyos sobre
estribos cimentados en terraplenes o macizos que han sufrido asentamientos. Estos
descensos producen un quiebro brusco en el perfil longitudinal que es preciso corregir
para mantener la regularidad de la rasante.
Apoyos de Neopreno en puentes
Las placas de hule para apoyos de puentes tienen tres ventajas importantes, son
económicos, efectivos y no requieren de mantenimiento mayor, como se verá a
continuación.
a. Economía de los apoyos de Neopreno
Debido a la sencillez del proyecto, facilidad de fabricación y bajo costo de los
materiales, los apoyos de neopreno no tienen partes móviles, constan simplemente
de una placa o más de neopreno de 2.5 cm. aproximadamente de espesor colocada
entre la trabe y la corona de la pila o estribo.
126
b. Efectividad
Una ventaja muy importante del apoyo de neopreno es su efectividad como medio
para la transferencia de la carga. Cuando soporta cargas de compresión la placa de
hule, absorbe las irregularidades de la superficie y de esa manera las imperfecciones
salientes como las hundidas que tiene la superficie de concreto todas soportan la
carga. No hay manera de que el apoyo sea inutilizado por la corrosión y que se
transmita así un empuje excesivo a la pila o estribo sobre los que apoya la trabe.
c. Mantenimiento de apoyos de Neopreno
La tercera ventaja importante de un apoyo de neopreno es que necesita menos
conservación que cualquier otro elemento del puente.
El neopreno actualmente se usa para apoyos de puentes por dos razones importantes:
tiene las propiedades físicas que se requieren y es altamente resistente al deterioro
debido al intemperismo. A continuación se describirán dos de las características
representativas del Neopreno, resistencia y durabilidad.
1.- Resistencia. La resistencia del neopreno a la compresión es más que suficiente
para soportar cargas de puentes. Cuando el proyecto se ha hecho adecuadamente,
el apoyo de neopreno puede soportar cargas a la compresión de hasta 70 Kg/cm².
Además la mayor parte de la deformación plástica tiene lugar en los primeros diez
días de carga.
2.- Durabilidad. En su resistencia al deterioro en neopreno es marcadamente superior
al hule natural y a cualquier otro hule sintético y que pudiera satisfacer los
requisitos físicos de las placas de apoyo para puente. La vida útil de un neopreno
es de aproximadamente 40 años. Sin darle ningún tipo de mantenimiento hasta 35
años.
127
Cuando un apoyo de neopreno se somete a la acción de una carga se deforma
verticalmente. La deformación vertical no debe exceder del 15% del espesor antes de
ser comprimido el apoyo.
Cuando la deformación en compresión es mayor que 15% se producen esfuerzos
internos dentro del neopreno que aceleran la rapidez de la deformación plástica y
aceleran la rapidez del agrietamiento debido a intemperismo.
La elevación de apoyos es una de las acciones de conservación más complejas y
costosas ya que exige el levantamiento del tablero mediante gatos hidráulicos, el desvío
del tráfico y la demolición parcial y el posterior recrecido de los muretes de contención
del firme. A continuación se presenta el procedimiento constructivo del cambio de
apoyos por etapas.
Primera etapa:
Se colocan los gatos hidráulicos debajo de los diafragmas, levantando la
superestructura hasta la altura necesaria para realizar maniobras. El acondicionamiento
de los gatos será simultáneo de tal manera que no se modifique la pendiente del puente.
Segunda etapa:
Se colocarán los apoyos provisionales debajo de los diafragmas cuidando que los
gatos desarrollen la misma fuerza, y al bajar los trabes se conserve la pendiente original
del puente.
Tercera etapa:
Se procederá a reparar la cara inferior de la trabe de ser necesario, y se prepara la
superficie de la corona para la colocación del nuevo apoyo.
128
Cuarta etapa:
Una vez que bajo los trabes estén colocadas las placas de apoyo definitivo, se
levantará la superestructura nuevamente y se retiraran los apoyos provisionales y la
calza para asentar la estructura de manera definitiva.
Figura 37. Localización de apoyos provisionales y gatos hidráulicos para levantar un puente y reemplazarapoyos elastométricos (planchas de neopreno).
4.3.4.1.4. Inyección de grietas
• Preparación de la superficie. Limpiar con un cepillo de alambre el área de la grieta
removiendo el concreto deteriorado, quedando una superficie libre de grasas y polvo.
Cuando exista humedad en la fisura es preciso retirarla a base de aire comprimido de
tal manera que la fisura quede totalmente seca.
129
Figura 38. Procedimiento y equipo de limpieza de grietas en las estructuras de concreto de un puente.
• Colocación de la pasta. Colocación de la pasta de poliéster (sellador) con una
espátula sobre el inyector, esta pasta deberá ser capaz de soportar la presión de
inyección sin que se bote.
Figura 39. Colocación del inyector de pasta para sello de fisuras.
• Colocación de inyectores. Colocar los inyectores a lo largo de la fisura sujetándolos
por medio de un clavo. Colocar pasta sellador a lo largo de toda la fisura de tal
manera que no pueda fugarse la resina durante la inyección.
Cuando las fisuras atraviesen todo el elemento se deberán colocar inyectores en
ambos lados.
130
• Prueba de sello. Una vez endurecido el sello, se conectaran las mangueras a los
inyectores y mediante aire a baja presión se comprobará la comunicación de todos
los puntos de salida y la estanqueidad del sello.
Figura 40. Colocación de equipos e inyección de la pasta.
• Inyección. Una vez comprobada la continuidad de los puntos se deberá realizar lo
siguiente:
o Preparar la resina.
o Iniciar la inyección por el punto extremo inferior de la fisura hasta que la resina
salga por el siguiente punto.
o Cortar la manguera y pizcarla con hilo de alambre de tal manera que esté
totalmente cerrada.
o Seguir inyectando hasta que la resina salga por el inyector superior, cerrarlo y
mantener la presión durante algunos minutos para asegurar el llenado completo
de la fisura.
o Dejar un testigo de resina para que después se pueda verificar su endurecimiento.
o Para realizar la inyección se utilizara un recipiente provisto de un manómetro de
manera que se pueda controlar la presión de inyección (no mayor a 5 kg./cm.² y
no menor a 1.5 kg./cm².
131
• Limpieza: se deberá secar la resina por lo menos 24 horas y se verifica que haya
endurecido. Una vez endurecida la resina, retirar la pasta selladora e inyectores,
limpiar y pulir la superficie.
Figura 41. Limpieza final y retiro de equipos de limpieza en fisura.
4.3.4.1.5. Cambio de juntas de dilatación
Las juntas son seguramente el elemento más delicado del equipamiento. Estas
juntas, por definición, tienen la tarea de unir los espacios libres, requeridos por razones
del comportamiento estructural entre dos elementos de un puente.
Una junta eficiente tiene que cumplir característicamente con los siguientes requisitos:
o Transmisión de cargas y libertad de movimiento.
o Durabilidad de todos los elementos de la junta.
o Emisión baja de ruidos durante el paso de vehículos.
o Autolimpiables.
Las acciones del tráfico inciden directamente sobre ellas mediante solicitaciones de
impacto repetitivas, lo que produce el agotamiento por fatiga o el desgaste de sus
componentes, a los que hay que añadir la corrosión de los elementos metálicos y el
envejecimiento de perfiles de goma, morteros, etc.
132
Las acciones que se llevan a cabo son de dos tipos:
• Reparación de juntas: sustitución de módulos retos, apretado de tuercas, y tornillos,
reparación del mortero lateral roto o cuarteado, sustitución de perfiles de goma
envejecidos o despegados.
• Renovación de juntas: cambio de la junta por una nueva. En este caso es posible en
bastantes ocasiones colocar una nueva junta más sencilla que la original debido a que
los movimientos iniciales de la estructura (fluencia, retracción, etc.) no han de
tenerse en cuenta.
o Procedimiento constructivo de modernización de junta de calzada:
a. Cortar y retirar la carpeta asfáltica en un ancho de 20 cms. En ambos lados de
la junta de dilatación.
b. Realizar la demolición de la losa y hasta 15 cms. dentro de la banqueta para
fijar el remate de la junta de dilatación.
Figura 42. Reparación en junta de calzada y puente.
133
c. Retirar angulares y placa de acero de junta existente.
d. Colocar y habilitar perfil en la calzada en ambos lados de la junta.
Figura 43. Cambio de juntas en puente y calzada.
e. Checar nivelación de la junta.
Figura 44. Nivelación de juntas entre puente y calzada.
f. Colar y vibrar perfectamente zona de juntas durante la fundición.
134
g. Una vez fraguado el concreto se colocará el perfil de neopreno, ver la
siguiente figura.
Figura 45. Inserción de neopreno y localización de refuerzos en junta.
4.3.4.1.6. Tratamiento de armados expuestos
• Se descubrirán picando todo el concreto que las cubre armaduras oxidadas
• Se eliminara el oxido no adherido (cepillo de alambre o chorro de arena), después se
les aplicara una pintura anticorrosiva.
• Si la armadura presenta una perdida de sección notable se suplantará, si es posible,
con una nueva soldada a la antigua.
4.3.4.1.7. Rehabilitación del concreto degradado
Su necesidad surge por varios motivos. El proceso normal de degradación de las
estructuras de concreto armado al estar sometido a las acciones ambientales, da lugar a
que se presente algunas degradaciones que es necesario reparar para evitar daños
mayores. Por una parte la inevitable carbonatación del concreto va penetrando
progresivamente hasta alcanzar las armaduras, que pierden así la protección que les
proporcionaba la elevada basicidad inicial.
135
Este efecto, unido al ingreso de cloruros procedente fundamentalmente de las sales
de deshielo, facilita la corrosión de las armaduras con los efectos negativos sobre el
concreto, que conlleva a: fisuración, delaminación y desintegración más o menos
localizadas.
Por otra parte, los fenómenos químicos del tipo reacción árido-álcali y similar, que
cuando se producen, dan origen a hinchamientos que se traducen normalmente en
fisuración. Esta fisuración es debida en muchos casos a la superación de la resistencia a
la tracción. Estos procesos de degradación están ligados principalmente a dos factores:
la mayor o menor permeabilidad del concreto y la existencia de agua que pueda acceder
a la masa del concreto.
Esta serie de causas da lugar a un conjunto de acciones destinadas a rehabilitar el
concreto y las armaduras deterioradas y a mejorar el sistema de impermeabilización y
evacuación del agua, enemigo número uno de las obras. El procedimiento para la
rehabilitación del concreto degradado se expone a continuación. El concreto alterado se
saneará incluyendo las zonas fisuradas demoliendo, la superficie así obtenida se limpiará
cuidadosamente (con cepillo metálico o chorro de arena) antes de colocar el concreto o
el mortero que sustituirá la zona desaparecida. Este nuevo mortero o concreto deberá
cumplir las siguientes condiciones:
• Tener una adherencia perfecta con el concreto viejo. Es normal para garantizarlo dar
una impregnación de resina epóxica a la superficie de contacto.
• Resistencia mecánica mayor o igual a la del soporte.
• Baja o nula retracción.
• Módulo de deformación ligeramente al concreto de la pieza de soporte.
• Coeficiente de dilatación térmica próxima a la del soporte.
136
Estas condiciones suelen cumplirlas básicamente bien, los morteros de cemento con
los aditivos correctos.
4.3.4.1.8. Reforzamientos en superestructura y
subestructura
Desde el punto de vista estructural se puede considerar que el refuerzo de un
puente se debe, en general, a una de las tres razones siguientes:
a) Necesidad funcional de aumentar la capacidad resistente de un puente.
b) Corregir fallos detectados que hacen suponer que ha disminuido la capacidad de
carga prevista inicialmente.
c) Saneamiento, reparación y refuerzo de puentes sometidos al deterioro natural del
tiempo.
Acciones y procedimientos comunes:
o Elevación de rasantes.
o Ampliación de áreas hidráulicas.
o Reforzamiento pasivo: inyección de grietas con resinas epóxicas y colocación de
placas mecánicas adheridas.
o Reforzamiento activo: inyección de grietas con resinas epóxicas.
o Reforzamiento externo: longitudinal, transversal y vertical.
Es muy frecuente clasificar los procedimientos utilizados en el refuerzo de
estructuras en Procedimientos Pasivos y Procedimientos activos. Estos últimos, los
activos, como sabemos, son aquellos basados en la introducción en la estructura de
acciones o deformaciones que modifican su estado tensional favoreciendo su
comportamiento resistente.
137
Entre los procedimientos pasivos más utilizados se pueden citar los siguientes:
o Refuerzo con concreto armado.
o Refuerzo con concreto proyectado.
o Refuerzo con adición de placas y perfiles metálicos.
Entre las aplicaciones del refuerzo con concreto armado se pueden citar:
o Refuerzo de pilares mediante recrecido de los mismos.
o Refuerzo de tableros mediante recrecido de sus vigas o losa para aumentar su
resistencia a la flexión y/o al cortante.
En todos los casos se ha de garantizar el trabajo conjunto del concreto existente y
del refuerzo, la limpieza de la superficie de unión, utilización de conectores y la
aplicación de una resina especial.
Los refuerzos con concreto proyectado (Gunita) se adaptan bien cuando hay que
recubrir grandes superficies con un pequeño espesor, tanto como para reponer
recubrimientos alterados como para el refuerzo con adición de armaduras pasivas.
Se necesita una buena preparación de la superficie a tratar y se recomienda el
tratamiento con chorro de arena o agua a alta presión.
Prácticamente solo se recomienda el sistema por vía seca, ya que la vía húmeda
proporciona un concreto de peor calidad (menor resistencia, menor adherencia, mayor
retracción y menor compacidad). El personal debe ser altamente especializado.
138
4.3.4.1.9. Encamisado de pilas
El encamisado es necesario cuando: la capacidad de carga de un puente esta en
duda, cuando se presentan problemas de socavación o simplemente cuando se quiere
proteger a las pilas contra posibles impactos con basura que arrastra la corriente.
Este procedimiento se utiliza en la mayoría de las ocasiones para protección de la
mampostería contra impactos, socavación o reforzamiento de las pilas, y para ello por lo
general se realizan en las siguientes etapas:
Etapa 1. Si existe escurrimiento se deberá desviar por medio de costaleros, y excavar
hasta el nivel de desplante de la cimentación dejando un espacio suficiente
para efectuar los trabajos.
Etapa 2. Resanar con sabieta los vacíos existentes en la mampostería.
F .
Etapa 3.
igura 46. Etapas 1 y 2 del encamisado de pilas en puente
Colocar elementos de anclaje con una separación aproximada de 100 cms. En
ambos sentidos para fijar la malla de refuerzo y a una profundidad de 10 cm.
139
Etapa 4. Colocar y fijar la malla a los elementos de anclaje dejando una separación
mínima de 7.5 cms. entre la malla y la mampostería.
Etapa 5. Colar concreto de 15 cms. de espesor.
Nota: En algunas ocasiones en la etapa 5 se puede utilizar el concreto
lanzado.
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siguientes:
• Refuerzo
• Refuerzo
metálica
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• El refue
formulac
concreto
igura 47. Etapas 3, 4 y 5 del encamisado de pilas en puente.
4.3.4.1.10. Refuerzo con placas y perfiles metálicos
nto al refuerzo con PLACAS y perfiles metálicos los más frecuentes son los
con perfiles metálicos superpuestos.
con placas metálicas ancladas. Se caracteriza por la colocación de placas
s ancladas al elemento que se va a reforzar a través de conectores,
endo así una unión casi continua a nivel de sección.
rzo con placas metálicas encoladas es posible gracias al desarrollo de
iones de resinas epóxicas que han resuelto el problema de unir acero con
.
140
La preparación y limpieza de la superficie del concreto es fundamental. La resina
utilizada deberá tener una excelente adherencia al concreto y al acero, y además baja
retracción y fluencia, módulo de elasticidad adecuado, y estabilidad a lo largo del
tiempo.
Las placas de acero serán de calidad igual o superior del A-37, y espesor en general
menor de 3 mm, se prepararán en taller y serán protegidas para evitar toda oxidación y
deterioro en el transporte y hasta la puesta en obra.
Los procedimientos activos de refuerzos pueden ser realizados mediante el empleo
del pretensado, gatos planos, predeformaciones de placas, etc. De todos ellos el uso de
las técnicas y elementos de pretensado es el más versátil y utilizado.
En cimentaciones estos procedimientos tienen mucha aplicación en los casos de:
• Refuerzos de zapatas con armaduras y dimensiones insuficientes.
• Transmisión de cargas de unos elementos defectuosos o insuficientes, por ejemplo,
pilotes, a otros nuevos.
• Y en cimentaciones ya realizadas cuando el suelo es excesivamente deformable para
transferir la carga del terreno a otros elementos de cimentación profunda.
• En elementos de contención, el caso más frecuente es el refuerzo de muros en el que
es técnica normal el anclaje del terreno mediante pretensado.
• En el caso de refuerzo de tableros de puentes y, en general de la superestructura, en
algunos casos, ha sido posible incluso cambiar el tipo estructural, por ejemplo, pasar
de un puente vigas a un puente de losa mediante un pretensado transversal.
141
4.3.4.1.11. Uso del pre-esfuerzo
Si se revisa la capacidad de carga de un puente tomando en cuenta las cargas vivas
con que fue diseñado y las que actualmente transitan por los caminos, casi siempre
resultara que el puente necesita ser reforzado para absorber los elementos mecánicos
producidos por las cargas actuales.
El método más común para el reforzamiento de los puentes es el preesfuerzo
exterior, que consiste en cables de acero de preesfuerzo, con los cuales se obtiene una
resultante normal a la superestructura del puente que ayuda a absorber los momentos y
cortantes producidos por las cargas vivas actuales.
Una vez que se ha determinado que el puente requiere reforzarse, el procedimiento
constructivo a seguir es el siguiente:
• Realizar perforaciones en nervaduras y dar paso al preesfuerzo transversal para
colocar los bloques desviadores.
• Escarificar nervaduras en la zona donde se colocaran los bloques desviadores.
• Armar y colar los bloques desviadores.
• Alrededor de los tubos desviadores sellar con mortero Grout.
• Fabricar los bloques metálicos de anclaje.
• Colocar el señalamiento respectivo y cerrar parcialmente la circulación para retirar
carpeta asfáltica existente y demoler losa para colocar los bloques de anclaje.
• Una vez que los bloques hayan alcanzado su resistencia de proyecto, se insertaran las
barras de preesfuerzo y se tensaran al 50% de su fuerza de servicio para estabilizar
los asentamientos del bloque desviador.
• Ya asentados los bloques, se procederá a tensar las barras transversales de
preesfuerzo al 100% de su fuerza de tensado.
142
• Montar los bloques de anclaje, colocando mortero Grout para asegurar un adecuado
contacto entre superficies.
• Cuando se haya tensado todo el preesfuerzo de todos los bloques desviadores y los
bloques de anclaje hayan sido colocados se procederá a introducir y posteriormente
tensar el acero de preesfuerzo longitudinal, el tensado de estos cables deberá ser por
un extremo y simultáneo.
• Colar la zona donde se coloco el dispositivo metálico de anclaje, dejando la
reservación para la colocación de la junta de dilatación.
• Colocar la carpeta asfáltica en la calzada y en los accesos.
• Realizar limpieza general y restituir la circulación normal del puente.
Para el mantenimiento de los bloques de anclaje se recomienda:
• Eliminar el antiguo mortero de relleno del cajetín.
• Eliminar el oxido de las cabezas de anclaje.
• Restituir el relleno a base de morteros especiales.
• Los cables de preesfuerzo que van por fuera de la estructura no necesitan
mantenimiento por ir dentro de un ducto que los protege contra los agentes del
intemperismo.
Y por último en esta sección, mencionaremos que existen tres tipos de preesfuerzo
exterior:
o Longitudinal,
o Transversal y
o Vertical
Todos utilizados en el reforzamiento de puentes en servicio (ver figuras siguientes):
143
Figura 48. Preesfuerzo longitudinal en puentes.
Figura 49. Preesfuerzo transversal en puentes.
Figura 50. Preesfuerzo vertical en puentes.
144
5. RIESGO Y VULNERABILIDAD
Riesgo es la posibilidad de sufrir daño debido a un peligro. Peligro es una sustancia
o acción que puede causar daño, enfermedad, pérdida económica o daño ambiental. La
mayoría de los peligros provienen de la exposición a varios factores en el ambiente
dentro de los cuales están los siguientes:
• Peligros físicos: dentro de los cuales están el ruido, incendios, inundaciones, sequías,
tornados, huracanes, derrumbes sismos y volcánicos.
• Peligros biológicos: estos son causados por bacterias y virus que causan
enfermedades, polen y parásitos. Las enfermedades humanas pueden ser clasificadas
de manera general, como transmisibles y no transmisibles. Una enfermedad
transmisible es causada por organismos vivos como las bacterias, virus y gusanos
parásitos. Una enfermedad no transmisible no es causada por organismos vivos y no
se transmite de una persona a otra.
• Peligros biosociales: entre los factores principales que determinan este tipo de
peligro están las condiciones de vida y de trabajo, inseguridad, la pobreza y actos
criminales.
5.1. Amenaza Existente
En general, entre los riesgos ecológicos y de salud de mayor magnitud que afectan a
la población y que constituyen una amenaza existente pueden mencionarse los
problemas ecológicos de mediano riesgo como la deposición ácida, plaguicidas,
sustancias químicas tóxicas transportadas por el aire, nutrientes y turbidez tóxica en
aguas superficiales.
145
También puede mencionarse los problemas de salud de alto riesgo como la
contaminación del aire interior, exposición de trabajadores a sustancias químicas
industriales o utilizadas en granjas agrícolas o ganaderas, contaminantes en las aguas
para beber, residuos de plaguicidas en los alimentos o productos de consumo.
5.1.1. Amenazas existentes en Cantón Elena
Para Cantón Elena las amenazas existentes que se pueden identificar debido a su
ubicación geográfica son de tres tipos: natural, sísmico y por inundaciones.
Las amenazas de tipo natural y de inundaciones están asociadas a las fuertes lluvias
que se producen en la época de invierno, las cuales acarrean sedimentos sólidos por la
Quebrada Sanuxima; y que se debe a la erosión del cerro vecino en el que se encuentra
la carretera que conduce a Jalapa.
Las Amenazas de tipo sísmico que pueden ocasionar desprendimientos severos en
las faldas del cerro antes mencionado, pues la altitud a la que se localiza Cantón Elena,
hace a ésta, una zona templada de condiciones muy húmedas.
5.1.2. Amenazas existentes en Aldea San Miguel
En cuanto a la Aldea San Miguel la amenaza existente más importante que se puede
mencionar se debe a que esta población se ubica en las márgenes del Río Las Piedras, ya
que en época de invierno cuando se producen las máximas precipitaciones pluviales, éste
se sale de su cauce y provoca inundaciones en la entrada a la aldea.
146
5.2. Tipos de vulnerabilidad existentes de las poblaciones Cantón Elena y Aldea
San Miguel
Existen varios tipos de vulnerabilidad presentes en las dos poblaciones a que se
refiere el presente estudio y que se consideran como poblaciones afectadas directas,
entre las cuales podemos citar:
1. La vulnerabilidad social: que se relaciona con el grado de preparación y la
actitud ante el desarrollo de un posible evento por parte de los pobladores.
2. La vulnerabilidad física: que se relaciona con la infraestructura existente y la
ubicación de las poblaciones.
3. La vulnerabilidad económica: que es inherente a la condición socioeconómica y
los recursos económicos destinados a la prevención y a la recuperación posterior
a un evento de desastre.
4. Con respecto a la ubicación del puente en la Aldea San Miguel, la población que
haga uso del puente vehicular es vulnerable de sufrir accidentes debido a la altura
a la que se diseño la superestructura sobre el río y a que el ingreso al puente se
encuentra después de una curva.
5.2.1. Medidas de mitigación
De las medidas de prevención y mitigación que se necesitaría implementar, en caso
de que ocurriese un evento de desastre están las siguientes:
1. Las de tipo preventivo: éstas son las más factibles de realizar por parte de las
autoridades nacionales y locales, entre las que se mencionan:
147
a. Regulación del uso del suelo: se debe evitar el aumento de las actividades
humanas en la zona de mayor impacto y debe ser regulado el uso del suelo
en las zonas próximas con el fin de reducir las prácticas inadecuadas que
generan altas tasas de escorrentía superficial y erosión.
b. La reforestación, el cambio del uso del suelo y la variación en las prácticas
agrícolas pueden fortalecer a las capas superiores de la zona con tendencia a
deslizarse, disminuyendo el impacto o a mediano plazo.
2. Las de tipo correctivo. Son sumamente costosas y requieren de ayuda externa,
como por ejemplo:
a. Obras civiles: esta se refiere principalmente a la infraestructura que servirá
de soporte y de esta forma generar barreras artificiales para evitar o
disminuir el daño directo al ser humano. Algunas de estas son diques o
muros, construcción de canales de bifurcación para el transporte del agua
excesiva, construcción de embalses.
b. Medidas de Control: una masa de suelos y roca deslizándose o en proceso de
deslizamiento posee un comportamiento mecánico que obedece a leyes
físicas, como tal se deben monitorear los asentamientos de las masas de
suelo y su movimiento horizontal con el fin de determinar la dirección y
magnitud del movimiento. teniendo puntos fijos de control.
c. La medida correctiva necesaria posterior a la construcción del puente
vehicular en aldea San Miguel, consiste en ampliar el ingreso al puente, para
dar cabida a elementos de curva, como lo son valores mínimos de sobre
ancho, corrimiento, sub-tangente, grado de curvatura y longitud de curva
horizontal.
148
CONCLUSIONES
1. Los costos y el corto tiempo programado de ejecución del proyecto de drenajes
en Cantón Elena, se debe en su mayoría, al tipo de tubería PVC propuesto, pues
no se necesita de la aplicación de cemento solvente para la unión e instalación de
accesorios, ya que este material está provisto de empaque de hule y campana en
sus extremos, en comparación con otros tipos de tubería que son más pesados y
costosos.
2. La vida útil de los pozos de visita profundos, con caída mayor a 0.70 metros
depende en gran parte de la instalación adicional de descenso de la cota Invert
que se haga para evitar que éstos se destruyan por la presión y la velocidad del
agua, especialmente si ésta transporta sólidos.
3. De acuerdo a los costos de los proyectos, se considera que éstos significan un
desarrollo, tanto para las aldeas como para el municipio de Mataquescuintla, por
cuanto gracias a ellos se resolverán problemas de salud, transporte y locomoción.
Por lo tanto, la municipalidad deberá gestionar el financiamiento correspondiente
para hacerlos realidad.
4. El mantenimiento de puentes es una de las actividades más importantes que hay
que realizar para obtener el mejor nivel de todas las condiciones de servicio
posibles y la conservación de una red de carreteras. La construcción del puente
vehicular de Aldea San Miguel debe construirse siguiendo todo lo indicado en
planos.
5. Posterior a la construcción del puente vehicular de Aldea San Miguel, debe
ampliarse el terreno de ingreso al mismo, para dar cabida a elementos mínimos
de alineamiento vertical y horizontal de diseño de carreteras, ya que de no ser
así, los usuarios son vulnerables de sufrir algún accidente.
149
150
RECOMENDACIONES
A la Municipalidad de Mataquescuintla:
1. Mantener una supervisión técnica constante, durante la ejecución de proyectos, una
vez iniciada cualquier tipo de obra de ingeniería.
2. Implementar medidas de mitigación para reducir riesgos y amenazas existentes en
todas las poblaciones que forman parte de este municipio, en especial, lo relacionado
con los efectos negativos del impacto ambiental que producen la disposición de
desechos domésticos, a través de una obra de ingeniería como lo es un proyecto de
drenaje.
3. Hacer las gestiones necesarias que permitan la instalación de plantas de tratamiento
de aguas negras para reducir los efectos negativos del impacto ambiental, para lograr
realizar un proyecto integral a nivel de saneamiento ambiental.
4. Llevar a cabo un plan de mantenimiento constante, para evitar daños mayores y
aumentar la vida útil de la infraestructura, una vez que estén construidas.
5. Aplicar la medida de mitigación de tipo correctivo descrita en el inciso c de la
sección 4.3, posterior a la construcción del puente vehicular de Aldea San Miguel,
para reducir el riesgo y la vulnerabilidad de sufrir accidentes, que correrían los
usuarios de esta obra al no ampliarse el terreno de ingreso a dicho puente.
151
152
BIBLIOGRAFÍA
1. Montúfar Noriega, Sergio David. Diseño de la ampliación de alcantarillado sanitario en la cabecera municipal de Chinique, puente peatonal y ampliación del sistema de agua potable para el caserío Cacabal, municipio de Chinique, El Quiché. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2004.
2. Streeter, Víctor L. Mecánica de los fluidos. 4ta. Edición. México: Editorial
McGraw-Hill. 1975. 747pp.
3. Escudero Meza, Julio y Ana Montti Sánchez. Manual de diseño de puentes, Ministerio de Transporte y Comunicaciones, Dirección General de Caminos y Ferrocarriles, Lima, Perú 2003.
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edificio escolar Aldea Chuijá, de San Pedro Jocopilas, Departamento de Quiché. Tesis Ing. Civil. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2004. 70 pp.
5. Berry, Peter L. y David Reid. Mecánica de suelos. Editorial McGraw Hill, mayo de
1994. 415 pp.
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Editorial McGraw Hill 1988. 841 pp. 8. Ureña Álvarez, José Rodolfo. Análisis de estabilidad del flanco occidental del Alto
Tapezco en Santa Ana. Tesis de Ingeniería Civil, Universidad de Costa Rica. San José, Costa Rica. Diciembre 1983. snp.
9. Cabrera Cobón, Gustavo Adolfo. Proyectos de evaluación de impacto ambiental.
Tesis Ingeniería Industrial, Guatemala. Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2005. 226 pp.
153
154
ANEXOS
1. Planos proyecto de drenaje Cantón Elena
• Planta general y densidad de vivienda. • Planta – perfil.
• Planos típicos de pozos de visita y detalles.
2. Planos proyecto puente vehicular aldea San Miguel
• Planos de planta perfil y ubicación. • Detalles de la superestructura. • Detalles de la subestructura.
3. Libretas topográficas
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3. Levantamientos topográficos (libretas topográficas) Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería. Estudio Profesional Supervisado (E. P. S.), Estudiante: Carlos Antonio Ochaíta Villatoro Tabla XILibreta Topográfica DRENAJES EN CANTÓN ELENA, MATAQUESCUINTLA, JALAPA.
De A EST. PO HILOS ÁNG. VERT. AZIMUT Cota Altura Coord. Totales
P.V. P.V. Sup. medio Gra Min. Seg. Gra Min. Seg. Est. Instr.
Dist. COTA P.O. X Y
20 E-0 1000.00 0.00 0.0020 41 E-0 R-1 3.22 3.00 87 27 20 0 0 0 1000.00 1.490 43.91 1000.44 0.00 43.9120 19 E-0 PV2 1000.00 100.00 1003.78 20 18 E-0 E-1 3.85 3.00 87 51 0 258 39 20 1000.00 1.490 169.76 1004.86 -166.44 -33.3918 esquina E-1 a 1.57 1.10 91 9 20 77 34 40 1004.86 1.570 93.96 1003.44 -74.68 -13.1818 esquina E-1 b 1.15 1.10 90 58 20 197 0 40 1004.86 1.570 10.00 1005.16 -169.37 -42.9518 esquina E-1 c 1.35 1.30 90 48 0 154 24 0 1004.86 1.570 9.00 1005.01 -162.56 -41.5118 40 E-1 R-2 1.45 1.00 88 22 40 179 18 40 1004.86 1.570 89.93 1007.98 -165.36 -123.3118 17 E-1 E-2 1.43 1.00 89 12 49 253 14 40 1004.86 1.570 85.98 1006.61 -248.78 -58.1817 24 E-2 R-3 1.43 1.00 87 25 40 180 11 0 1006.61 1.560 85.83 1011.03 -249.05 -144.0117 esquina E-2 a 1.04 1.00 99 22 0 147 43 40 1006.61 1.560 7.79 1005.89 -244.62 -64.7717 esquina E-2 b 0.85 0.80 92 13 20 204 3 20 1006.61 1.560 9.98 1006.99 -252.85 -67.3017 16 E-2 R-4 1.37 1.00 88 36 20 253 19 40 1006.61 1.560 73.96 1008.97 -319.62 -79.4017 14 E-2 E-3 1.78 1.00 87 24 40 253 14 40 1006.61 1.560 155.68 1014.21 -397.85 -103.0614 esquina E-3 a 1.04 1.00 89 464 20 253 14 0 1014.21 1.540 8.48 1013.75 -405.97 -105.5114 esquina E-3 b 1.53 1.50 90 57 20 193 53 40 1014.21 1.540 5.00 1014.17 -399.05 -107.9114 15 E-3 R-5 1.16 1.00 87 17 20 302 27 20 1014.21 1.540 31.93 1016.26 -424.79 -85.9314 13 E-3 E-4 1.30 1.00 87 11 0 180 28 40 1014.21 1.540 59.86 1017.70 -398.35 -162.9213 22 E-4 R-6 1.37 1.00 92 36 20 78 10 40 1017.70 1.560 73.85 1014.90 -326.07 -147.7913 12 E-4 E-5 1.40 1.00 87 0 40 202 30 0 1017.70 1.560 79.78 1022.42 -428.88 -236.6312 esquina E-5 a 1.02 1.00 88 54 0 126 30 20 1022.42 1.600 4.00 1023.10 -425.67 -239.0012 esquina E-5 b 1.05 1.00 96 16 20 55 23 40 1022.42 1.600 8.89 1022.05 -421.56 -231.5712 esquina E-5 c 1.02 1.00 97 25 0 5 21 40 1022.42 1.600 3.93 1022.51 -428.51 -232.7112 21 E-5 R-7 1.55 1.00 92 44 20 88 19 0 1022.42 1.600 109.75 1017.77 -319.18 -233.4012 39 E-5 R-8 1.73 0.60 92 29 0 87 13 0 1022.42 1.600 225.58 1013.64 -203.57 -225.6712 11 E-5 E-6 1.36 1.00 87 28 40 216 38 40 1022.42 1.600 71.86 1026.19 -471.77 -294.2811 esquina E-6 a 1.54 1.50 94 28 40 258 26 0 1026.19 1.590 7.95 1025.66 -479.56 -295.8811 esquina E-6 b 1.14 1.10 91 55 0 170 26 20 1026.19 1.590 6.99 1026.44 -470.61 -301.1811 esquina E-6 c 1.33 1.30 90 44 20 95 32 0 1026.19 1.590 5.50 1026.41 -466.30 -294.8111 9 E-6 E-7 1.30 1.00 87 41 0 305 12 20 1026.19 1.590 59.90 1029.20 -520.71 -259.75
9 10 E-7 R-9 3.56 3.00 89 20 0 306 30 0 1029.20 1.590 111.98 1029.10 -610.73 -193.1411 35 E-6 E-8 1.48 1.00 92 22 20 468 15 0 1026.19 1.590 95.84 1022.81 -380.75 -324.2935 esquina E-8 a 1.42 1.40 91 14 0 240 14 0 1022.81 1.580 4.00 1022.90 -384.23 -326.2835 esquina E-8 b 1.23 1.20 94 35 20 513 50 40 1022.81 1.580 4.97 1022.79 -378.56 -328.7535 esquina E-8 c 1.42 1.40 95 33 20 416 42 20 1022.81 1.580 3.96 1022.60 -377.44 -322.1235 31 E-8 E-9 1.72 1.00 92 15 40 465 9 40 1022.81 1.580 143.78 1017.71 -241.98 -361.90
esquina e a 1.42 1.00 92 12 0 369 10 0 1017.71 1.590 83.88 1015.08 -228.62 -279.0931 30 E-9 E10 1.31 1.00 77 37 0 189 2 0 1017.71 1.590 59.15 1031.29 -251.27 -420.3130 33 E-10 E11 4.00 3.30 90 40 20 278 15 40 1031.29 1.600 139.98 1027.95 -389.80 -400.2030 27 E-10 E12 1.14 1.00 83 42 0 436 50 0 1031.29 1.600 27.66 1034.94 -224.33 -414.0127 26 E-12 E13 1.45 1.00 87 35 0 468 51 40 1034.94 1.530 89.84 1039.26 -139.32 -443.0526 25 E-13 E14 1.17 1.00 87 18 20 455 17 20 1039.26 1.550 32.93 1041.36 -106.53 -446.09
E-14 E15 1.19 1.00 94 25 20 513 20 0 1041.36 1.435 36.78 1038.95 -90.02 -478.96 E-15 E16 1.18 1.00 91 21 0 488 23 20 1038.95 1.575 35.98 1038.68 -61.82 -501.30 E-16 E17 1.28 1.00 97 47 40 455 29 20 1038.68 1.563 54.97 1031.72 -7.10 -506.56
33 cambio E-11 E18 1.53 1.00 86 18 0 279 39 40 1027.95 1.520 105.56 1035.29 -493.86 -382.48cambio 6 E-18 E19 1.32 1.20 86 3 20 286 48 20 1035.29 1.560 22.89 1037.23 -515.77 -375.87
6 7 E-19 R10 1.27 1.00 92 4 0 297 21 20 1037.23 1.560 53.93 1035.84 -563.67 -351.086 8 E-19 R11 1.85 1.30 89 24 0 298 50 40 1037.23 1.560 109.99 1038.64 -612.12 -322.806 5 E-19 E20 1.75 1.20 82 500 51 201 40 20 1037.23 1.560 110.00 1036.92 -556.39 -478.095 4 E-20 E21 0.48 0.40 86 50 20 195 16 20 1036.92 1.595 15.95 1039.00 -560.60 -493.474 3 E-21 E22 1.38 1.00 83 17 40 458 50 20 1039.00 1.630 74.96 1048.44 -486.52 -504.993 2 E-22 E23 1.32 1.00 85 13 20 474 56 40 1048.44 1.570 63.56 1054.32 -428.90 -531.802 1 E-23 E24 1.13 0.70 84 11 20 457 2 40 1054.32 1.605 85.12 1063.89 -344.42 -542.24
169
Proyecto EPS-U SAC Puente V ehicular de San M iguel, M ataquescuintla Jalapa. Tabla X II
Estación P. Obs Vista Atrás Altura Inst. V ista Ad. Pto. de Vta. Elevación Azim utX B.M. 0.943 100.943 100.000 0
0+000 1.10 99.843 330°50'40"0+010 1.11 99.833 330°50'40"0+020 1.57 99.373 330°50'40"0+030 2.03 98.913 330°50'40"0+040 2.25 98.693 330°50'40"0+049.65 P.I 1.76 99.183 330°50'40"pv 2.87 102.053 1.76 99.183 42°47'00"0+060 2.12 99.933 42°47'00"0+070 1.50 100.553 42°47'00"0+080 2.08 99.973 42°47'00"
Estación Línea C .Dist N ivel N ivel N ivel D ist. Descripción
0+000 Pared casa 2.10 0 0 0 2.45 Pared casa0+010 Muro de P iedra 2.60 -0.04 0 -0.09 1.90 Muro de P iedra0+020 Muro de P iedra 2.52 0.05 0 -0.18 1.73 Muro de P iedra0+030 Muro de P iedra 2.67 0.01 0 -0.04 2.00 Muro de P iedra0+040 Centro del río 5.00 0.15 0 -0.55 5.00 Muro de P iedra0+049.65 Cerco 5.00 -0.22 0 -1.99 5.00 Orilla de ríopv0+060 Cerco 4.30 0.96 0 -0.03 3.84 Pared0+070 Cerco 3.36 0.68 0 -0.22 4.85 Pared0+080 Calle 2.86 0.72 0 0.25 5.00 Pared
L. Izq. Centro L. Der.1.10 1.10 1.10 2 .10 0+000 2.45 Pared casa Casa1.15 1.11 1.202.60 0+010 1.90M uro piedra M uro piedra1.52 1.57 1.752.52 0+020 1.73M uro piedra M uro piedra1.52 1.53 1.572.67 0+030 2.00M uro piedra M uro piedra2.10 2.25 2.805.00 0+040 5.00Río C entro río Río1.98 1.76 3.755.00 0+049.65 5.00Terreno O rilla río Orilla río1.16 2.12 2.154.30 0+060 3.84Cerco Pared0.82 1.5 1.724.85 0+070 3.36Cerco Pared1.36 2.08 1.835 0+080 2.86
Libreta de Secciones CRO QUIS
Libreta de N ivelación
Libreta de SeccionesLado Izquierdo Lado D erecho
N ota: crecida máxima del río 1 .50 mt sobre el nivel de la estación 0+040, o sea 100.193
Hacia C olis = M ataquescuintla
N ota: Las lecturas de las secciones son correlativas a la línea central.
0+000 = E-1
0+010
0+020
0+030
0+040
0+060
0+070 0+080P.I. = 0+049.65
Dirección del río
H acia cancha de Foot
Hacia el centro de San M iguel
R ío Las Piedras
B .M . = N .M .Ubicado en la esquina de la banqueta a 2.45 m t. de E-1 dirección NORTE arbitrario
Orilla río = 0+034.60
O rilla río = 0+045.60
N O RT E
170
![[significa: CONOMÍA · Casquillo de acoplamiento (Acero) Eje de transmisión (Acero) Brida (Acero) [Piezas de trabajo] Pantalla digital ... Área de trabajo Distancia entre centros](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/5e4f0f711c5b53509374bfae/significa-conoma-casquillo-de-acoplamiento-acero-eje-de-transmisin-acero.jpg)
