Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniera Escuela de Ingeniera Civil

DISEO, CLCULO Y PLANIFICACIN PARA LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE QUE COMUNICA LA AVENIDA LA RECOLECCIN, ANTIGUA GUATEMALA, SOBRE LA FINCA RETANA, HACIA RUTA NACIONAL NMERO 14 (RN-14).

Ricardo David Rodrguez Barrios Asesorado por el Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta

Guatemala, junio de 2007

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERA DISEO, CLCULO Y PLANIFICACIN PARA LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE QUE COMUNICA LA AVENIDA LA RECOLECCIN, ANTIGUA GUATEMALA, SOBRE LA FINCA RETANA, HACIA RUTA NACIONAL NMERO 14 (RN-14).

TRABAJO DE GRADUACIN

PRESENTADO A LA JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERA POR

RICARDO DAVID RODRGUEZ BARRIOS ASESORADO POR EL ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA

AL CONFERRSELE EL TTULO DE INGENIERO CIVIL GUATEMALA, JUNIO DE 2007

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERA

NMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO VOCAL I VOCAL II VOCAL III VOCAL IV VOCAL V SECRETARIA

Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos Inga. Glenda Patricia Garca Soria Inga. Alba Maritza Guerrero de Lpez Ing. Miguel ngel Dvila Caldern Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz Br. Elisa Yazminda Vides Leiva Inga. Marcia Ivnne Vliz Vargas

TRIBUNAL QUE PRACTIC EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO EXAMINADOR EXAMINADOR EXAMINADOR SECRETARIO

Ing. Sydney Alexander Samuels Milson Ing. Augusto Ren Prez Mndez Ing. Francisco Ruiz Cruz Ing. Lionel Alfonso Barillas Ramillo Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San Carlos de Guatemala, presento a su consideracin mi trabajo de graduacin titulado:

DISEO, CLCULO Y PLANIFICACIN PARA LA CONSTRUCCIN DEL PUENTE QUE COMUNICA LA AVENIDA LA RECOLECCIN, LA ANTIGUA GUATEMALA, SOBRE LA FINCA RETANA, HACIA RUTA NACIONAL NMERO 14 (RN-14),

tema que me fuera asignado por la Direccin de la Escuela de Ingeniera Civil, con fecha septiembre de 2005.

Ricardo David Rodrguez Barrios

AGRADECIMIENTOS A:

Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta, por su valiosa colaboracin en la asesora, revisin y correccin del presente trabajo.

Ing. Malaquas Abrajn Ramrez, por su valiosa amistad, apoyo incondicional y por compartir sus conocimientos.

La Municipalidad de La Antigua Guatemala y especialmente al profesor Antonio Ciliezar, alcalde municipal, por permitirme desarrollar este trabajo de graduacin en su localidad.

La Facultad de Ingeniera, por haber participado durante toda mi formacin acadmica.

La Universidad de San Carlos, por haberme albergado todos estos aos en tan prestigiosa casa de estudios.

ACTO QUE DEDICO A:

MIS PADRES Miguel ngel Rodrguez y Julia Paula Barrios Velsquez Los grandes mentores de mi vida, gracias por creer en m.

MI ESPOSA Patricia Paola De Len Valle. La compaera de mi vida, estar contigo me ha hecho una mejor persona porque he aprendido que la vida compensa.

MIS HERMANOS Ligia y Christian, ms que mis hermanos, mis amigos.

NDICE GENERAL

NDICE DE ILUSTRACIONES..................................................................... LISTA DE SMBOLOS ................................................................................ GLOSARIO.................................................................................................. RESUMEN ................................................................................................... OBJETIVOS E HIPTESIS .........................................................................

VII XI XIII XIX XXI

INTRODUCCIN ......................................................................................... XXIII

1.

MONOGRAFA Y GENERALIDADES 1.1. 1.2. Antecedentes histricos ........................................................... Caractersticas fsicas del municipio......................................... 1.2.1. 1.2.2. 1.2.3. 1.2.4. 1.2.5. 1.2.6. 1.2.7. 1.2.8. Localizacin .................................................................. Extensin territorial ....................................................... Orografa ....................................................................... Hidrografa .................................................................... Geologa ....................................................................... Altimetra y topografa ................................................... Suelos ........................................................................... Climatologa .................................................................. Humedad relativa............................................... Precipitacin pluvial ........................................... Vientos............................................................... 1 3 3 4 4 4 4 5 5 5 6 6 6 6 5 7 8

1.2.8.1. 1.2.8.2. 1.2.8.3. 1.3.

Caractersticas demogrficas. ................................................ 1.3.1. 1.3.2. Poblacin ..................................................................... Crecimiento poblacional ...............................................

1.4.

Caractersticas econmicas......................................................

I

1.4.1. 1.4.2. 1.4.3. 1.5.

Produccin.................................................................... Comercio ....................................................................... Industria .........................................................................

8 8 9 9 9

Caractersticas socio-culturales ................................................ 1.5.1. 1.5.2. Alfabetismo ....................................................................

Escolaridad .................................................................... 10

1.6.

Infraestructura ........................................................................... 10 1.6.1. 1.6.2. 1.6.3. 1.6.4. Vivienda ......................................................................... 10 Educacin ...................................................................... 11 Salud ............................................................................. 12 Turismo.......................................................................... 13

1.7.

Servicios pblicos ..................................................................... 13 1.7.1. 1.7.2. 1.7.3. 1.7.4. 1.7.5. Agua potable.................................................................. 14 Drenajes ........................................................................ 14 Energa elctrica............................................................ 15 Comunicacin ................................................................ 15 Transporte ..................................................................... 15

1.8.

Viabilidad................................................................................... 16 1.8.1. 1.8.2. Nivel regional ................................................................. 16 Nivel urbano local .......................................................... 16

2. LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO 2.1. Estaciones totales ..................................................................... 19 2.1.1. 2.1.2. 2.2. Nivel urbano local .......................................................... 19 Funcionamiento ............................................................. 19

Procedimiento para levantamiento topogrfico.......................... 20 2.2.1. Especificaciones estacin total Sokkia Set 630RK.... 20 2.2.2. Levantamiento topogrfico............................................. 21

II

2.3.

Traslado de informacin de campo de la estacin total a la computadora usando Prolink .................................................... 26

3.

DISEO DE PUENTE VEHICULAR 3.1. 3.2. Descripcin del proyecto .......................................................... Especificaciones para diseo de puentes de concreto de seccin de viga y losa............................................................... 3.2.1. 3.2.2. Introduccin................................................................... Cargas en la superestructura de puentes ..................... Cargas por gravedad ......................................... Carga muerta ......................................... Carga viva .............................................. Carga vehicular............................ Carga peatonal ............................ 29 29 32 32 32 32 33 34 34 35 36 36 36 37 38 38 39 39 40 40 41 42 43 29

3.2.2.1.

3.2.2.1.1. 3.2.2.1.2.

3.2.2.1.2.1 3.2.2.1.2.2 3.2.2.1.3. 3.2.2.2. 3.2.2.3. 3.2.3.

Carga de impacto ...................................

Fuerzas longitudinales....................................... Cargas de viento................................................

Cargas en la subestructura de puentes ........................ Subestructura .................................................... Presin del suelo ............................................... Estabilidad del estribo........................................ Cargas ssmicas ................................................ Fuerzas de carga muerta................................... Fuerza cortante..................................................

3.2.3.1. 3.2.3.2. 3.2.3.3. 3.2.3.4. 3.2.3.5. 3.2.3.6. 3.3.

Lneas de influencia.................................................................. 3.3.1. 3.3.2. Condiciones generales.................................................. Definicin de lneas de influencia..................................

3.4.

Estudios de campo ................................................................... 3.4.1. Estudios topogrficos....................................................

III

3.4.2. 3.4.3.

Estudios hidrulicos ....................................................... 46 Estudios hidrolgicos ..................................................... 47 Clculo de caudal utilizando tirante mximo ...... 48

3.4.3.1. 3.4.4.

Estudios de cimentacin ................................................ 55 Procedimiento para realizacin de estudios ....... del suelo ............................................................. 56 3.4.4.1.1. 3.4.4.1.2. 3.4.4.1.3. Generalidades......................................... 56 Obtencin de muestras........................... 57 Procedimiento para muestreo ................. 58

3.4.4.1.

3.4.4.1. 3.5.

Estudios de calidad del suelo ............................. 60

Diseo del puente ...................................................................... 62 3.5.1. Diseo de superestructura ............................................. 63 63

3.5.1.1. Dimensionamiento elementos del puente 3.5.1.1.1. 3.5.1.1.2. 3.5.1.1.3. 3.5.1.1.4. 3.5.1.1.5. 3.5.1.1.6. 3.5.1.2.

Losa ........................................................ 63 Vigas ....................................................... 64 Diafragma extremo ................................. 64 Diafragma intermedio.............................. 65 Viga de apoyo ......................................... 65 Cortina .................................................... 65

Diseo de losa.................................................... 66 Carga muerta .......................................... 66 Carga viva............................................... 67 Acero de refuerzo ................................... 70

3.5.1.2.1. 3.5.1.2.2. 3.5.1.2.3. 3.5.1.3. 3.5.1.4. 3.5.1.5. 3.5.1.6.

Drenaje del puente ............................................. 74 Diseo del pasamanos....................................... 75 Diseo de banqueta ........................................... 79 Diseo de diafragma .......................................... 81 Diseo de diafragma extremo ................. 81 Diseo de diafragma intermedio ............. 82

3.5.1.6.1. 3.5.1.6.2.

IV

3.5.1.7.

Diseo vigas ...................................................... Diseo viga intermedia........................... Anlisis de carga viva .................

83 83 86

3.5.1.7.1.

3.5.1.7.1.1. 3.5.1.7.1.2. 3.5.1.7.2.

Anlisis de carga muerta ............ 102

Diseo viga exterior................................ 107 Anlisis de carga muerta ............ 107 Anlisis de carga viva ................. 108 Diseo por corte.......................... 108

3.5.1.7.2.1. 3.5.1.7.2.2. 3.5.1.7.2.3. 3.5.2.

Diseo de subestructura ............................................... 115 Diseo viga de apoyo ........................................ 115 Diseo de cortina ................................... 115 Diseo de viga de apoyo........................ 124

3.5.2.1.

3.5.2.1.1. 3.5.2.1.2. 3.5.2.2. 3.5.2.3. 3.6. 3.7.

Diseo de apoyo elastomrico........................... 127 Diseo de estribo............................................... 128

Presupuesto de ejecucin del proyecto..................................... 139 Programa de ejecucin e inversin ........................................... 141

4.

ESTUDIO DE IMPACTO AMBIENTAL 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. Enfoque .................................................................................... 143 Objetivos y alcances................................................................. 143 Mtodos de anlisis.................................................................. 144 Informacin mnima requerida para estudio de impacto ambiental en puentes................................................................ 145 4.5. 4.6. Mtodos de anlisis.................................................................. 146 Vulnerabilidad y riesgo ............................................................. 146 4.6.1. 4.6.2. 4.6.3. 4.6.4. Impactos primarios........................................................ 148 Impactos secundarios ................................................... 149 Impactos a corto plazo .................................................. 150 Impactos a largo plazo .................................................. 150

V

4.6.5. 4.6.6. 4.6.7. 4.6.8. 4.7.

Impactos positivos ......................................................... 151 Impactos negativos ........................................................ 151 Impactos acumulativos .................................................. 151 Otros impactos............................................................... 153

Evaluacin de impacto ambiental del proyecto ......................... 154 4.7.1. 4.7.2. 4.7.2. 4.7.3. Evaluacin rpida .......................................................... 154 Impacto ambiental que ser producido .......................... 157 Impacto ambiental que ser producido .......................... 157 Medidas de mitigacin ................................................... 158

CONCLUSIONES......................................................................................... 161 RECOMENDACIONES ................................................................................ 163 BIBLIOGRAFA............................................................................................ 165 APNDICE ................................................................................................... 167

VI

NDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25.

Departamento de Sacatepquez y su divisin poltica Habitantes de la ciudad de La Antigua Guatemala Habitantes por grupos de edades Nivel de escolaridad Materiales de construccin utilizados Men principal de una estacin total Men para seleccin de un trabajo nuevo Seleccin del trabajo y coordenadas a grabar Opcin para iniciar el norte asignado Asignacin de coordenadas, elevaciones nmero de punto inicio Men para realizar la conservacin de azimut Seleccin de coordenadas para la conservacin de azimut conos para realizar el traslado de informacin al ordenador Organigrama de cargas que influencian la superestructura Organigrama de cargas que influencian la subestructura Esquema de carga de camin de tres ejes Diagrama de presin del suelo en subestructura Diagrama de fuerzas que generan momentos segn direccin Diagrama de lneas de influencia Planta con curvas de nivel de rea objeto del estudio Seccin tpica de la cuenca del ro Ubicacin geogrfica del rea tributaria del rio Guacalate Definicin del rea tributaria a la cuenca del Guacalate Seccin de ro para clculo de rea Seccin longitudinal del puenteVII

3 7 7 10 11 22 23 23 24 25 26 27 28 31 31 33 37 38 42 45 45 50 51 54 62

26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48. 49. 50. 51. 52. 53. 54.

Seccin transversal del puente Dimensin de viga principal Dimensiones de diafragma extremo Dimensiones de diafragma intermedio Dimensiones de viga de apoyo y cortina Diagrama y modelo de carga muerta en losa Grfico de distribucin de cargas crticas Diagrama de carga de rueda seccin transversal Esquema de distribucin de ejes de carga Diagrama de cuerpo libre de cargas Armado de acero en losa Detalle de cargas aplicadas para diseo de poste Detalle de armado de poste de pasamanos Detalle de cargas que actan sobre el voladizo de la banqueta Seccin tpica de diafragma extremo Armado de diafragma extremo Armado de diafragma intermedio Diagrama de cargas de diafragma en vigas Diagrama de reas tributarias para viga intermedia Representacin de cargas en diagrama de cuerpo libre Diagrama de distribucin de carga muerta Esquema de momento mximo por carga mvil Mvil en lugar crtico Diagrama de gravedad de centro de carga Diagrama de ubicacin de punto a Diagrama de cuerpo libre para momento mximo Diagrama de carga por tren de camiones Diagrama de fuerzas de frenado Diagrama de cuerpo libre para factor de distribucin viga exterior

62 64 64 65 65 67 67 67 68 68 73 75 78 79 81 82 83 84 84 85 86 88 88 89 89 90 91 92 93

VIII

55. 56. 57. 58. 59. 60. 61. 62. 63. 64. 65. 66. 67. 68. 69. 70. 71. 72. 73. 74. 75. 76. 77. 78. 79. 80. 81.

Esquema de distribucin de carga para factor de distribucin viga Diagrama de cuerpo libre de viga interior Armado de viga, primera propuesta Armado de viga final Diagrama de cortante por carga muerta Diagrama de cortante por carga viva Diagrama de viga sin confinamiento Diagrama de terminacin del momento y armado de viga Diagrama de reas tributarias de vigas exteriores Diagrama de cargas puntuales en diafragmas Armado de viga exterior Diagrama de cuerpo libre carga muerta Diagrama de esfuerzo cortante Longitud de desarrollo por adherencia Seccin de viga de apoyo Esquema de accin de la viga al aplicar carga Esquema de fuerzas de empuje sobre viga de apoyo Diagrama de distribucin de fuerza longitudinal Esquema de fuerzas aplicadas a la estructura Detalle de armado de cortina Diagrama de cargas sobre viga de apoyo rea de contacto de la viga principal sobre la viga de apoyo Seccin transversal de estribo propuesto Diagrama de cargas que influyen al estribo Nueva propuesta se seccin de estribo Seccin transversal del estribo (tercera propuesta) Esquema metodolgico general en un estudio de evaluacin de impacto ambiental

93 93 97 101 102 102 104 106 107 108 111 111 113 114 115 116 117 118 119 123 124 125 126 126 130 133

147

IX

TABLAS

I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX.

Cuadro de establecimientos educativos Tabla de datos para clculo tasa de concentracin Valores C, coeficiente de escorrenta, frmula racional Clculo de momentos de volteo primera propuesta Clculo de momentos estabilizantes Clculo de momento estabilizante (segunda propuesta) Clculo de momento estabilizante (tercera propuesta) Momentos que actan en estribo (tercera propuesta) Clculo de momento de volteo

12 48 49 129 130 132 135 137 139

X

LISTA DE SMBOLOS

Smbolo AASHTO ACI As b C C.B.R. CII d DGC EPS Fc Fdes Fv Fy Ha I Kip L lb/pie3

Descripcin

ngulo de friccin interna del suelo Association of State Highway and Transportation Officials Instituto Americano del Concreto rea de acero Base Cohesin del suelo Relacin de Soporte California Centro de Investigaciones de Ingeniera Peralte Direccin General de Caminos Ejercicio Profesional Supervisado Resistencia nominal a compresin del concreto Factor de deslizamiento Factor de volteo Resistencia nominal del acero Hectreas Impacto Kilo libras Luz de claro Libras por pie cbico Momento por carga muerta Momento por carga viva

mm mm/h

Milmetros Milmetros hora

XI

Momento ltimo Q Ro para chequeos de rea Peso especifico del suelo Caudal Presin mxima sobre el suelo SC t ton/m2 Sobrecarga Espesor de losa Toneladas por metro cuadrado Corte por carga muerta Corte nominal del concreto Corte por carga viva Valor soporte del suelo Corte ltimo Altura del tirante mximo

XII

GLOSARIO

Acera

Espacio ms elevado que la capa de rodadura donde circulan los peatones.

Acero de refuerzo

Cantidad de acero requerido por un momento flexionante.

Bases de diseo

Bases tcnicas adoptadas para el diseo del proyecto.

Carga de diseo

Cargas o fuerzas en kg. o en lb. fuerza, para el diseo estructural del proyecto.

Cauce del ro

Lecho de un ro de distinta forma geomtrica.

Caudal

Volumen de agua que pasa por unidad de tiempo.

Cimientos

Unidades estructurales que transmiten la carga al suelo.

Cohesin

Propiedad de los suelos que permite que stos permanezcan unidos.

XIII

Cortina

Losa vertical destinada a sostener el puente, contener el relleno y transmitir la carga a los cimientos.

Cota de cimentacin

Altura donde se construyen los cimientos referidos a un nivel determinado.

Deslizamiento

Fuerza que tiende a deslizar horizontalmente el muro.

Diafragmas

Unidades usadas para evitar la deformacin de vigas de la superestructura.

Diente

Elemento estructural de la zapata que sirve para soportar el deslizamiento provocado por el suelo.

Diseo

Dimensionamiento

y

detallado

de

los

elementos y conexiones de un puente.

Elemento

Elemento discreto o combinacin de elementos del puente que requiere una consideracin de diseo individual.

Ensayo granulomtrico

Ensayo para determinar la descripcin y cuantificacin de un suelo.

Ensayo Triaxial

Ensayo para determinar el valor soporte de un suelo utilizando una muestra inalterada, la

XIV

unidad de medida es unidad de fuerza o carga por unidad de rea.

Estribo

Estructura, cuyo propsito es soportar un puente.

Factor de Carga

Factor que considera fundamentalmente la variabilidad de las cargas, la falta de exactitud de los anlisis y la probabilidad de la ocurrencia simultanea de diferentes cargas.

Impacto

Carga provocada por el impacto del camin estandarizado sobre la superestructura.

Lmites de Atterberg

Ensayo para determinar la plasticidad de un suelo.

Losa

Elemento

estructural

plano,

que

soporta

directamente las cargas y las transmite a diferentes apoyos.

Losa en voladizo

Elemento estructural que soporta directamente las cargas y las transite a un solo apoyo.

Muro de contencin

Muro utilizado para contener un talud.

Pasamanos

Unidades a lo largo del puente, para la seguridad de los peatones y vehculos que

XV

ocasionalmente choquen contra ellos.

Perodo de diseo

Tiempo en el cual se basa el clculo estadstico de las cargas transitorias.

Pie

Elemento estructural de la zapata donde se concentran las cargas que se transmiten al suelo.

Planos

Dibujos que representan un diseo y que son plasmados en papel.

Postes

Elementos

que y

estn que

unidos

a

la los

superestructura pasamanos.

sostienen

Presin

Fuerza o carga por unidad de rea, ejemplo,

Presupuesto

Clculo anticipado del costo del proyecto.

Puente

Estructura que permite pasar el trfico de un punto a otro, a travs de cualquier interrupcin.

Sismo

Carga que es inducida por un sismo, y que provoca esfuerzos en la subestructura.

Sobrecarga

Carga adicional a la aplicada, que se toma como factor de seguridad.

XVI

Subestructura

Conjunto de elementos que fueron diseados para soportar la superestructura de un puente y transmitir las cargas al suelo.

Suelo

Conjunto de partculas que es producto de la desintegracin de las rocas.

Superestructura

Conjunto

de

elementos

diseados

para

soportar las cargas del trfico y transmitirlas a la subestructura.

Taln

Elemento estructural de la zapata que sirve para estabilizar el estribo por volteo.

Tirante

Altura de agua sobre una seccin determinada.

Valor soporte

Capacidad de carga de un suelo. En unidades de fuerza por unidad de rea

Vigas

Elementos estructurales ms importantes de la superestructura, que transmiten la carga a los apoyos.

Volteo

Momento de la fuerza horizontal, que tiende a voltear el estribo respecto al borde exterior.

Zapata

Elemento estructural del estribo que distribuye al suelo las cargas provenientes de la

superestructura.

XVII

XVIII

RESUMEN

La importancia industrial, comercial y cultural que tiene la ciudad de La Antigua Guatemala requiere igualmente condiciones generales de

infraestructura que permitan ese desarrollo, crear vas de acceso adecuadas que puedan evitar un desgaste y un mayor deterioro al patrimonio cultural es considerado de gran beneficio.

La seleccin del proyecto elaborado se hizo con base en el diagnstico general del municipio, tomando en cuenta varios aspectos como son: las necesidades bsicas de la poblacin, la disposicin de recursos municipales, la viabilidad de la solucin al problema, etc. El proyecto elaborado es el siguiente:

El diseo geomtrico, planificacin y para la construccin del puente que comunicar la avenida La Recoleccin, contigua a la terminal general de la ciudad colonial con la ruta nacional 14. Consiste bsicamente en la ejecucin de todos los estudios previos a la ejecucin del diseo, propiamente dicho, del puente, la elaboracin de planos de ubicacin, y constructivos y elaboracin del costo de construccin acompaado de una programacin de obra. Se tomaron como normas o especificaciones de diseo, las que definen las normas AASHTO (LRFD) y las normas nacionales definidas por las Especificaciones Generales para Construccin de Carreteras y Puentes, denominado Libro Azul, edicin 2002.

XIX

La construccin del puente en finca Retana fue diseado de concreto armado, contando con la superestructura y subestructura adecuada para soportar las cargas de un camin tipo H20-44, segn normas AASHTO. La ejecucin de este proyecto proveer al municipio de La Antigua Guatemala de vas alternas adecuadas que cumplan con los requerimientos necesarios.

XX

OBJETIVOS

General

Contribuir con la poblacin del municipio de La Antigua Guatemala en el desarrollo de proyectos de infraestructura que ayuden al desarrollo de su comunidad Especficos

1.

Proporcionar a la municipalidad de La Antigua Guatemala la documentacin que contiene el proyecto de Diseo, clculo y planificacin para la construccin del puente que comunica la

avenida La Recoleccin, Antigua Guatemala, sobre la finca Retana, hacia ruta nacional nmero 14. 2. Disear, calcular y planificar todas las condiciones para la construccin de un puente vehicular.

HIPTESIS

La construccin de un acceso adecuado contribuir en gran forma al desarrollo integral de la ciudad de La Antigua Guatemala.

XXI

La construccin del puente sobre la finca Retana contribuir al ordenamiento vial de la Ciudad de La Antigua Guatemala.

XXII

INTRODUCCIN

La construccin de vas de comunicacin terrestre es el sinnimo de desarrollo para las comunidades, contribuye directamente al crecimiento econmico y social.

Partiendo de ste principio y manteniendo la filosofa de servicio social, la Universidad de San Carlos de Guatemala contribuye responsablemente a travs del programa de Ejercicio Profesional Supervisado (E.P.S.) de la Facultad de Ingeniera brindando apoyo a las comunidades del pas que lo requieren, enviando estudiantes que han completado su pensum de estudios y que tienen los conocimientos necesarios para brindar apoyo tcnico en el desarrollo de proyectos de bien comn.

Este trabajo es el reflejo de lo antes mencionado, consiste en el diseo, clculo y planificacin de la construccin de un puente vehicular que comunicar a la Ciudad de Antigua Guatemala con la ruta nacional 14 (RN-14), especficamente entre la avenida La Recoleccin Antigua Guatemala y la Ruta Nacional 14 (RN-14), teniendo como destino hacia el norte con Chimaltenango y al sur con Escuintla. La creacin de la ruta que comunique a la ciudad con la ruta nacional 14 tendr un gran impacto, vindolo desde el punto de vista de preservacin del patrimonio cultural, puesto que evitar que una buena parte del trfico de transporte de productos y personas que viene tanto del occidente

XXIII

como del sur occidente y que tiene como destino final o intermedio la ciudad de la Antigua Guatemala no tendr que transitar por las calles de la ciudad para llegar principalmente a la Terminal General de la ciudad sino que podr acceder directamente a travs de la conexin en estudio y con esto contribuir de forma directa a la preservacin de calles y edificaciones adems de contribuir con el decremento de la contaminacin de todo tipo dentro del rea urbana.

Como parte de la construccin de la va de acceso a la ciudad se debe construir un puente vehicular, previo estudio, diseo y planificacin cumpliendo con los estndares normas y especificaciones que rigen la construccin en el pas.

XXIV

1.1.1.

MONOGRAFA Y GENERALIDADES

Antecedentes histricos

Con el nombre de La Antigua Guatemala es conocida oficialmente la ciudad desde el 24 de julio de 1774. Este nombre sustituye al de Muy Noble y Muy Leal Ciudad de Santiago de los Caballeros de Guatemala, entonces metrpoli del Reino de Guatemala. En dicha fecha por primera vez se consigna en un documento oficial el nombre de La Antigua Guatemala.

La Antigua Guatemala fue asentada oficialmente en el Valle de Panchoy o Pancn que significa Laguna Grande, el 10 de marzo de 1543, por disposicin del licenciado Francisco Marroqun, Obispo de Guatemala y el licenciados Francisco de la Cueva, en su calidad de gobernadores interinos del Reino de Guatemala.

El trazo de la exmetrpoli del Reino de Guatemala (Antigua Guatemala) estuvo a cargo del ingeniero militar Juan Bautista Antonelli, a quien corresponde el mrito de haber diseado la primera ciudad planificada de Amrica. En aquella poca no fue posible que l previera otros peligros para la ciudad; el nivel del agua estaba cerca de la superficie, asentada en tierras de terremotos y adems de estar propensa a inundaciones.

La orientacin de sus calles de este a oeste y avenidas de norte a sur, en una forma rectilnea perfecta, empezando con una plaza central y trazando dos cuadros de 100 varas. Cada uno en todas las direcciones. Cre esto en rea de 25 manzanas como el corazn de la ciudad. Ms all de stos al norte, al este y al oeste, se extendieron las calles para aadir una manzana

1

rectangular a cada lado y manzanas cuadradas ms grandes en las esquinas noreste y noroeste.

Cuando la ciudad de Antigua Guatemala fue capital del Reino, cont con Colegios mayores y menores como los de San Buenaventura, Santo Toms de Aquino, San Lucas, el Tridentino, el de San Borja y el Seminario de

Nuestra Seora de la Asuncin, as como la Real y Pontificia Universidad San Carlos de Borromeo por haber estado bajo la advocacin de este Santo, as como de Santa Teresa de Jess. La Universidad de San Carlos inici formalmente sus actividades el 28 de marzo de 1681.

En el orden cronolgico de la fundacin de ciudades en el continente americano, la ciudad de Santiago ocupa el sexto lugar. La ciudad lleg a tener 38 templos suntuosos, 15 oratorios y varias ermitas, en el ao de 1773, la ciudad lleg a tener una poblacin de 70,000 habitantes y juntamente con la Nueva Espaa (Mxico) y Lima (Per) lleg a ser una de las ciudades ms importantes del nuevo continente.

Durante la poca de la colonia Santiago de los Caballeros de Guatemala fue considerada la segunda ciudad ms grande de Amrica, an mayor que Nueva York y Buenos Aires. En aquel entonces alcanzaba su mayor riqueza por medio de su comercio, agricultura, minas, industria, artes y otros comerciales.

Sin embargo, a consecuencia del los repetidos terremotos y desastres que la ciudad sufra y en especial el terremoto de Santa Marta, en 1773, que la afecta enormemente, lo que oblig a tomar la decisin de trasladar la capital del Reino a un sitio ms seguro. Fue as como se declar la nueva

2

capital de Guatemala en el Valle de la Ermita, designando a Luis Diaz de Navarro como el nuevo delineador de la ciudad.

1.2.

Caractersticas fsicas del municipio

1.2.1 Localizacin

La ciudad de La Antigua Guatemala est localizada en el Valle de Panchoy o Pacn, a una latitud norte de 143324 y longitud oeste de 904402 del meridiano de Greenwich y a una altitud de 1560 metros sobre el nivel del mar. Al norte limita con el municipio de Jocotenango y San Bartolom Milpas Altas, al sur con los municipios de Santa Mara de Jess y Ciudad Vieja, al este con Santa Luca Milpas Altas y Magdalena Milpas Altas y al oeste con los municipios de Pastores y San Antonio Aguas Calientes.Figura 1. Departamento de Sacatepquez y su divisin poltica

3

1.2.2.

Extensin territorial

El municipio cuenta con una extensin territorial de 78 kilmetros cuadrados, aproximadamente.

1.2.3.

Orografa

La zona urbana de sita en un valle casi llano, con pendientes poco pronunciadas, limitada por tres volcanes, el Acatenango (3,796 metros sobre el nivel del mar), el de Agua (3,753 metros sobre el nivel del mar), y el de Fuego (3,835 metros sobre el nivel del mar), as como de los montes de Rejn y de la Chcara y las montaas Carmona, del Hato y el Manchn.

1.2.4.

Hidrografa

El principal ro de ste territorio es el Pensativo, que lo atraviesa de oriente a sur-poniente habiendo provocado inundaciones peridicas, en la ciudad, a travs de la historia. El ro Guacalate que corre al oriente y es aqu donde desembocan los drenajes de la ciudad.

Adems existe una serie de corrientes intermitentes que provienen de las faldas del volcn de Agua y de los cerros cercanos. El nivel fretico de la zona es alto, encontrndose aproximadamente a 3 metros de profundidad.

1.2.5. Geologa

La regin est conformada por cas del cuaternario, rocas volcnicas terciarias y cuaternarias. Los suelos predominantes corresponden al grupo de clases miscelneas del terreno, estos incluyen reas fragosas, volcanes y

4

suelos de valles no diferenciados. La propensin que posee este tipo de suelos es de tipo forestal, siendo un territorio frtil para la produccin de rboles frutales de zonas templadas.

1.2.6. Altimetra y topografa

El monumento de elevacin del instituto Geogrfico Nacional situado en el Parque Central de la ciudad est a 1,530 metros sobre el nivel del mar. Posee una topografa con pendientes entre 0 y 30% en la mayor parte del territorio municipal, aunque en la ciudad se dan pendientes del 0 a 2%.

1.2.7. Suelos

El uso potencial de la tierra indica que el suelo de Sacatepquez tiene una vocacin eminentemente de tipo forestal, ser utilizado en la produccin de rboles frutales de zonas templadas, existiendo fincas de caf con una produccin de magnfica calidad. Segn datos estadsticos de SEGEPLAN 2,004, bsicamente las categoras de uso potencial del municipio se dividen en: de uso Agrcola con un 35% en un rea de 3,427 Ha.; de uso Forestal con un 26% en un rea de 2,545 Ha.; y considerados como reas de Proteccin el 39% abarcando ste un espacio de 3,818 Ha.

1.2.8. Climatologa

Segn el sistema Thorntwaite el clima es templado, con invierno benigno, semiseco. La temperatura media es de 18.4 centgrados, una mxima promedio de 22.7 centgrados y una mnima promedio de 14 centgrados.

5

1.2.8.1.

Humedad relativa

La humedad relativa media es de 75%, lo que conlleva a la proliferacin de la flora y fauna, con una gran injerencia dentro del deterioro de los monumentos ubicados dentro de la ciudad.

1.2.8.2.

Precipitacin pluvial

La precipitacin pluvial media es de 952.5 milmetros, con 83 das de lluvia al ao La evapotranspiracin potencial media es de 0.75 milmetros por da.

1.2.8.3.

Vientos

La direccin de los vientos predominantes en Norte Noreste durante todo el ao, teniendo el viento secundario una direccin Sur Oeste, tambin durante todo el ao. El viento se cataloga como suave un 90% del ao.

1.3.

Caractersticas demogrficas

1.3.1 Poblacin

El municipio de La Antigua Guatemala presenta una densidad poblacin del 593 habitantes por kilmetro cuadrado al ao 2002, densidad muy similar a la departamental con 595 habitantes por kilmetro cuadrado. Este municipio ocupa el segundo lugar en densidad a nivel nacional despus del departamento de Guatemala.

6

Figura 2. Habitantes de la ciudad de La Antigua Guatemala

Figura 3.

Habitantes por grupos de edades

1.3.2.

Crecimiento poblacional

Para el perodo intercensal de 1994 a 2002 el municipio de Antigua Guatemala present un crecimiento poblacional de 2.14% y la proyeccin

7

poblacional para el ao 2010 se estima en 44,786 habitantes, segn datos del Censo del ao 2002 del Instituto Nacional de Estadstica.

1.4.

Caractersticas econmicas

1.4.1.

Produccin

La produccin del municipio se basa en la agricultura, la cual es diversa, entre los principales cultivos se encuentra el caf, caa de azcar, trigo, maz, frijol, flores, hortalizas de zonas templadas, como zanahoria, ejote, arveja y frutas como durazno, pera, manzana, aguacate.

La produccin avcola es un sector con bastante crecimiento, contndose con crianza de aves de corral, gallos, gallinas, patos y gansos. La produccin pecuaria desarrolla la crianza de ganada vacuno, caprino y ovino.

1.4.2.

Comercio

A nivel comercial en el municipio de Antigua Guatemala se establece un intercambio de productos entre la poblacin rural y urbana, convirtindose en un medio de subsistencia para un sector grande de la poblacin.

El

comercio

de

carcter

internacional

ha

aumentado

considerablemente con la exportacin de muchos artculos que se producen en la regin. Adems el aumento en el rubro de importaciones es un factor tambin importante.

8

1.4.3. Industria

La produccin industrial se manifiesta a diferentes escalas, desde la pequea industria o artesanal, hasta la industria sistematizada.

Entre los principales productos que se elaboran tenemos, los alimentos procesados, dulces tpicos, hilos, productos plsticos, calzado, ladrillo refractario, madera pirograbada, objetos de cermica, tejidos tpicos, piezas de orfebrera, pieles curtidas, talabartera, platera, instrumentos musicales, artculos de bronce y hierro forjado, objetos de jade, muebles tallados, esculturas en madera, yeso, barro cocido y piedra labrada, entre otros.

Sin embargo, definitivamente la industria ms creciente en la ciudad en los ltimos tiempos, es la industria del turismo, que anualmente atrae cientos de miles de turistas que la visitan generando una gran cantidad de ingreso de divisas al pas, y genera empleos y pequeas industrias alrededor del turismo.

1.5.

Caractersticas socio-culturales

1.5.1.

Alfabetismo

Del total de la poblacin dentro de la ciudad se define que existen un total de 30,388 personas consideradas como poblacin alfabeta y un total de 4,050 personas analfabetas.

9

1.5.2.

Escolaridad

La cantidad de poblacin por nivel de escolaridad se define a continuacin en la siguiente grfica partiendo desde una edad mnima de 7 aos en adelante.Figura 4. Nivel de escolaridad en la ciudad

1.6.

Infraestructura

1.6.1.

Vivienda

En La Antigua Guatemala se concentra la mayora de hogares, funcionando como un centro urbano departamental de atraccin y concentracin de poblacin, existiendo un total de 9,890 viviendas para una poblacin de 41,097 habitantes.

10

Para el censo del ao 2002, el ndice de ocupacin que se revel fue de 4 personas por vivienda en el municipio. En cuanto a hacinamiento, el municipio presenta un 33% ms bajo del porcentaje total del pas (41%). El 32% de hogares carecen de servicios bsicos comparados con el 34% en la repblica.

La siguiente grfica define los principales materiales en que se componen las viviendas de la ciudad.Figura 5. Materiales de construccin utilizados

1.6.2.

Educacin

La ciudad de Antigua Guatemala cuenta en la actualidad con una cantidad considerable de centros educativos para todos los niveles escolares,

11

tanto del sector estatal como del privado, tal y como se detalla a continuacin en la siguiente tabla.Tabla I. Cuadro de establecimientos educativos

CUADRO DE ESTABLECIMIENTOS EDUCATIVOS EXISTENTES POR REANivel Educativo Pre-primaria Primaria Bsico Diversificado Universitario Establecimientos privados Urbanos 21 25 24 17 3 Rurales 1 5 1 1 Establecimientos pblicos Urbanos 7 10 3 4 1 Rurales 13 16 2 1

No.

1 2 3 4 5

El ministerio de Educacin report para el ao de 2003, un total de 10,495 estudiantes atendidos desde el nivel pre-primario a diversificado, tanto en el rea urbana como del rea rural.

1.6.3 Salud

Para cubrir la necesidad del sector salud existen centros de asistencia estatales y privados que prestan sus servicios, se cuenta con un total de 5 hospitales, 1 centro de salud tipo B (sin encamamiento), 3 sanatorios, 53 clnicas mdicas y 4 laboratorios clnicos.

El Hospital Nacional Pedro de Betancourt que es de carcter regional cuenta con 167 camas, mientras que el Hospital de Ancianos Fray Rodrigo de la Cruz, cuenta con 125 camas.

12

Segn cifras de la Jefatura del rea de Salud de Sacatepquez, para el ao 2002, se contaba con un personal para la atencin en salud de 299 personas en total, entre mdicos, enfermeras, auxiliares de enfermera, facilitadores comunitarios, facilitadores institucionales y comadronas.

1.6.4.

Turismo

Segn la Direccin General de Migracin, en publicacin del boletn de oferta hotelera del Banco de Guatemala, La Antigua Guatemala representa el principal destino turstico en el pas de visitantes nacionales y extranjeros (67%).

La

industria

hotelera

ofrece

una

capacidad

instalada

de

aproximadamente 100 empresas, las que representan 1,605 habitaciones con una capacidad de 3,370 plazas-cama, segn estimaciones de la Delegacin del INGUAT, en la ciudad de La Antigua Guatemala.

Segn los parmetros de los datos estadsticos de los visitantes a la Oficina de Informacin Turstica de Antigua Guatemala, se estima que la ciudad es visitada anualmente por un nmero de 650,000 guatemaltecos, provenientes den su mayora de la ciudad capital.

1.7 .

Servicios pblicos

1.7.1. Agua potable

Segn

datos

del

Instituto

Nacional

de

Estadstica,

todas

la

comunidades que conforman el Municipio de Antigua Guatemala poseen el servicio de agua potable.

13

El abastecimiento de agua en la ciudad se da por medio subterrneo, extrayndose directamente de nacimientos naturales que son: San Miguel, La Herradura, El Cristo y posos mecnicos que son: Santa Rosa (pozo principal), Tanque La Unin, Finca la Plvora, Candelaria I y Candelaria II.

El caudal que emana de los nacimientos de agua son entubados hacia un tanque de captacin ubicado en la Aldea Santa Ins del Monte Pulciano, donde es purificado.

Los pozos mecnicos estn conectados de forma directa a la red general, en los cuales se realiza la purificacin del agua y luego se distribuye por medio de acometidas domiciliares. En la ciudad existen 3,804 servicios de agua potable.

1.7.2. Drenajes

La red de drenajes de la ciudad es de uso combinado, red de aguas negras y pluviales. Segn datos del INE para el ao 2002, el 62.4% de hogares en el municipio cuentan con este servicio y un nmero de 7 comunidades, de un total de 39 existentes en el municipio, an utilizan letrinas.

El sistema de drenajes data de 1963, cuando fue construida la primera etapa, usndose tuberas de concreto de 8 hasta 84 pulgadas. El afluente de aguas servidas descarga directamente en el ro Guacalate, lo cual produce un alto grado de contaminacin del mismo.

14

1.7.3. Energa elctrica

El servicio de energa elctrica es prestado por la Empresa Elctrica (EEGSA) por medio de dos subestaciones con capacidad de 5 MVA cada una, una en la ciudad de La Antigua Guatemala y la otra en San Lucas Sacatepquez.

El sistema de energa elctrica en la ciudad es interconectado de dos formas, el del tipo areo y el subterrneo.

1.7.4. Comunicacin

La ciudad de Antigua Guatemala cuenta con un buen sistema de comunicacin a nivel nacional e internacional, el cual es prestado por varias empresas.

Estos sistemas de servicios con que se cuenta comprenden, el correo, telgrafos, internet, sistema de radios, estacin local de televisin, servicio de televisin por cable, servicio telefnico del tipo residencial, pblico, comunitario y celular.

1.7.5. Transporte

Existe una terminal de transporte de todo tipo, ubicada en el poniente de la cuidad a un costado del mercado municipal, de donde se distribuyen los buses extraurbanos que comunican con otros departamentos y con varios municipios. Existen 30 empresas de buses que realizan estos traslados de interconexin.

15

Existe tambin el servicio de taxis estacionarios, localizado a inmediaciones de la terminal de buses extraurbanos, y frente al parque centra, as como taxis rotativos.

Adicional tambin el servicio de moto taxis rotativos que actualmente se ha incrementado considerablemente y que cubren la ruta que conduce de La Antigua Guatemala a Jocotenango, a otros municipios y aldeas cercanas.

1.8 .

Viabilidad

1.8.1. Nivel regional

Las principales ruta hacia La Antigua Guatemala es por la Carretera Nacional No. 1 o Interamericana CA-1, que se encuentra totalmente asfaltada y recientemente por la Ruta Nacional No.14 (RN-14), que es otra ruta totalmente asfaltada.

La ciudad se conecta a cuatro corredores viales importantes, que son: A San Lucas, a Ciudad Vieja, a San Juan del Obispo y a Parramos (Chimaltenango) mediante la Ruta Nacional No. 14(RN-14).

Sacatepquez cuenta con una amplia red vial que comunica a los 16 municipios del departamento entre s, de forma directa o indirecta, por medio de carreteras asfaltadas y de terracera.

1.8.2. Nivel urbano local

La infraestructura vial existente en la ciudad se caracteriza por la utilizacin de piedra, que abarca un 94% de la longitud total de vas, un 3%

16

corresponde a pavimento de asfalto y un 3% an es de terracera. La mayora de aceras dejaron de ser de piedra y actualmente ya cuentan con un recubrimiento de concreto que permite la implementacin de rampas para el desplazamiento de minusvlidos.

La estructura vial de la ciudad se conforma por dos ejes principales, la tercera calle oriente que es el principal ingreso a la misma y la cuarta calle como salida. Estas dos vas fueron establecidas para el transporte liviano.

La tercera calle atraviesa la ciudad de oriente a poniente hasta llegar a la 7. Avenida o Alameda Santa Luca, que se constituye como una va importante porque all se localizan los ingresos al Mercado Municipal y a la Terminal de Buses, la 6. Avenida es otra va principal, del centro de la ciudad hacia el norte hasta llegar a la salida para el municipio de Jocotenango y la Aldea de San Felipe de Jess.

17

18

2.2.1.

LEVANTAMIENTO TOPOGRFICO

Estaciones totales

2.1.1.

Definicin

Se denomina estacin total a un instrumento electro-ptico utilizado en topografa, cuyo funcionamiento se apoya en la tecnologa electrnica. Consisten en la incorporacin de un distancimetro y un microprocesador a un teodolito electrnico.

Algunas de las caractersticas que incorpora, y con las cuales no cuentan los teodolitos, son un pantalla alfanumrica de cristal lquido (LCD), leds de avisos, iluminacin independiente de la luz solar, calculadora, distancimetro, trackeador (seguidor de trayectoria) y la posibilidad de guardar informacin en formato electrnico, lo cual permite utilizarla posteriormente en ordenadores personales. Viene provista de diversos programas sencillos que permiten, entre otras capacidades, el clculo de coordenadas en campo, replanteo de puntos de manera sencilla y eficaz y clculo de azimuts y distancias.

2.1.2.

Funcionamiento

Vista como un teodolito, una estacin total se compone de las mismas partes y funciones. El estacionamiento y verticalizacin son idnticos, aunque para la estacin total se cuenta con niveles electrnicos que facilitan la tarea. Los tres ejes y sus errores asociados tambin estn presentes: el de verticalidad, que con la doble compensacin ve reducida su influencia sobre las lecturas horizontales, y los de colimacin e inclinacin, con el mismo comportamiento que en un teodolito clsico, salvo que el primero puede ser 19

corregido por software, mientras que en el segundo la correccin debe realizarse por mtodos mecnicos.

El instrumento realiza la medicin de ngulos a partir de marcas realizadas en discos transparentes. Las lecturas de distancia se realizan mediante una ondea electromagntica portadora con distancias frecuencias que rebota en un prisma ubicado en el punto y regresa tomando, el instrumento, el desfasaje entre las ondas. Algunas estaciones totales presenta la capacidad de medir a slido, lo que significa que no es necesario un prisma reflectante.

Este instrumento permite la obtencin de coordenadas de puntos respecto a un sistema local o arbitrario, como tambin a sistemas definidos y materializados. Para la obtencin de estas coordenadas el instrumento realiza una serie de lecturas y clculos sobre ellas y dems datos suministrados por el operador. Las lecturas que se obtienen con este instrumento son las de ngulos verticales, horizontales y distancias, utilizando en esta ltima. Otra

particularidad de este instrumento es la posibilidad de incorporarle datos como coordenadas de puntos, cdigos, correcciones de presin y temperatura, etc.

La precisin de las medidas es del orden de la diezmilsima de gonio en ngulo y de milmetro en distancias, pudiendo realizar medidas en puntos situados entre 2 y 5 kilmetros segn las especificaciones del equipo a utilizarse.

Existen una extensa variedad de fbricas que producen estos equipos, estas son principalmente: Pentax, Topcon, Trimble, Sokkia, Leica Geosystems, Nicon, etc. Sin embargo, a nivel regional la marca Sokkia posee mayor comercializacin y reconocimiento.

20

2.2.

Procedimiento para un levantamiento topogrfico

2.2.1

Especificaciones estacin total Sokkia Set 630RK

Bsicamente las estaciones totales cumplen invariablemente con el propsito con que stas fueron concebidas, sin embargo, debido a la creciente demanda tecnolgica se crean modelos especficos que tiene como principio bsico sellar los requerimientos del cliente. Dado a que para el levantamiento topogrfico del presente trabajo se utiliz la estacin total marca Sokkia modelo Set 630RK, a continuacin se enumeran caractersticas que son propias del equipo:

1. Distancimetro ultra fino que permite mediciones sin prima ms lejanas, ms rpidas y precisas hasta un mximo de 150 metros lineales. 2. Funcin de puntero lser para tareas de alineacin, replanteo y nivelacin. 3. Capacidad de almacenamiento de 10,000 puntos en la memoria base, con mdulos opcionales que permiten ampliar la memoria hasta una capacidad de 4,608,000 puntos. 4. Luz gua de de replanteo, que ayuda a mejorar notablemente la eficiencia en el replanteo de puntos. 5. Dispone de funcin de clave de seguridad para evitar la utilizacin del equipo a personas ajenas a ste. 6. Mnima distancia de enfoque de 1.3 metros. 7. Control remoto alfanumrico. 8. Precisin con un prisma de (2+2ppm) mm al igual que si se utilizan tres prismas.

21

2.2.2.

Levantamiento topogrfico

El procedimiento para manejar una estacin total durante la ejecucin de un levantamiento topogrfico se resume en los pasos siguientes:

1. Se centra el aparato con el nivel de burbuja; para luego nivelarlo con el nivel tubular. 2. A continuacin se enciende el aparato y se gira tanto en sentido vertical como horizontal para inicializarlo y obtener la pantalla de trabajo.

3. Del paso anterior se obtiene la pantalla con las funciones principales de la estacin total.Figura 6. Men principal de una estacin totalLIGHT ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

SET 630RK No. 019472 Ver. 322-33-01 322-51-11 Job. EPS MEASF1 ESC BS F2 SHIFT

SOKKIA

ABC 1 JKL 4 STU 7

MEMF3

CNFGF4

0

+/-

4. Para entrar a las funciones la estacin total tiene unas teclas enumeradas de F1 hasta F4 cada una de ella represente la opcin que arriba se observa en la pantalla. La primera opcin que se necesita para iniciar el levantamiento es MEM (men de memoria), seguido JOB y se selecciona en JOB SELECTION en el cual se define el trabajo y se edita el nombre del proyecto.

22

Figura 7. Men para seleccin de un trabajo nuevoLIGHT ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

JOB JOB selection JOB name edit JOB deletion Comms output Comms setupF1 ESC BS F2 SHIFT F3 F4

ABC 1 JKL 4 STU 7

0

+/-

. 5. Se presenta ahora en pantalla dos opciones, la primera es para seleccionar el trabajo nuevo y la segunda para seleccionar una memoria de puntos si ya se ha realizado un levantamiento anterior y se necesita informacin de ella para salir con puntos conocidos, de lo contrario se selecciona el mismo trabajo y se presiona ENTER.Figura 8. Seleccin del trabajo y coordenadas a grabarLIGHT ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

JOB selection : EPS Coord serarch JOB : EPS LISTF1 ESC BS F2 SHIFT F3 F4

ABC 1 JKL 4 STU 7

0

+/-

6. Ahora se selecciona la funcin MEAS (men de medicin), esta funcin tiene varias funciones que se pueden observar mediante la tecla FUNC (cambia el men de la pantalla dentro de cualquier funcin).

23

Se busca un norte arbitrario o si se quiere se coloca la brjula tubular en la estacin total y se encuentra el norte magntico, se selecciona la funcin 0SET y se presiona F4, con ello se est inicializando el ngulo horizontal cero grados, cero minutos, cero segundos.Figura 9. Opcin para iniciar el norte asignado

LIGHT

ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

Meas S-A VA HA MLMF1 ESC BS

PC PMM 9127'32" 35959'59"OFFSETF2 SHIFT

-30 0

ABC 1 JKL 4 STU 7

RECF3

0 SETF4

0

+/-

7. Se est listo para grabar la estacin de inicio donde se ha centrado el equipo, para ello se selecciona la funcin REC siempre dentro de MEAS e ingresamos a STN DATA con un ENTER.

La estacin total pedir el ingreso de una coordenada norte y este, elevacin inicial, altura del instrumento, numeracin para los puntos, descripcin, fecha, nombre del operador, clima, viento, temperatura del ambiente donde se est trabajando y presin baromtrica.

24

Figura 10. Asignacin de coordenadas, elevacin, nmero de punto de inicio

LIGHT

ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

N0: E0: Z0: Pt. 4009 Inst.h: OKF1 ESC BS F2

1046.032 1224.730 211.697 1.474m READF3 SHIFT F4

ABC 1 JKL 4 STU 7

EDIT

0

+/-

8. Luego de introducir y grabar el primer punto con F1 (OK), en el men que despliega la pantalla seleccionaremos la funcin COORD DATA o DIST+COORD DATA, en la cual servir para grabar los puntos que se seleccionen con el prisma, la informacin se puede grabar automticamente o haciendo una observacin para chequear los datos.

A cada punto se le puede dar diferente cdigo, nombre o abreviatura y eso se realiza haciendo una observacin del punto y luego con las flechas de manipulacin de pantalla que aparecen en la estacin total se editan.

9.

Cuando se observa que estando en la primera estacin ya no se pueden seguir grabando ms puntos por razones de distancia, arbustos de algn accidente topogrfico, se requiere un cambio de estacin.

25

10. Se recomienda siempre llevar en un cuaderno o libreta, las estaciones que se van grabando as mismo los cambios de estacin que se realizan pues son los dos puntos que se introducen a la estacin total cuando se realiza la conservacin de azimut conocida como vista atrs.

Se hace un traslado al punto de cambio y nuevamente se nivela el aparato se inicializa la pantalla con el giro vertical y horizontal y se busca la funcin HANG, BACK SIGHT dentro de MEAS.Figura 11. Men para realizar la conservacin de azimut

LIGHT

ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

Set H angle H angle Back sight

ABC 1 JKL 4 STU 7

0

+/-

F1 ESC BS

F2 SHIFT

F3

F4

La informacin que necesita la estacin total debe llevar un orden, el primer punto es donde se har la vista o estacin anterior y luego el punto donde se est ubicado o nueva estacin, para confirmar la conservacin del azimut se teclea F4.

26

Figura 12. Seleccin de coordenadas para la conservacin de azimut

LIGHT

ON-OFF DEF 2 MN 5 VWX 8 JHI 3 PQR 6 YZ 9

Set H angle/BS NBS: 1034.288 EBS: 1149.584 ZBS: 204.530 READF1 ESC BS F2 SHIFT

ABC 1 JKL 4 STU 7

EDITF3 F4

OK

0

+/-

11. Seguidamente se ingresa a REC en MEAS se graba como estacin el punto donde se est ubicado (paso 8) y luego se comienza a radiar ms puntos del levantamiento topogrfico.

2.3

Traslado de informacin de campo de la estacin total a la Computadora usando pro link

Para llevar a cabo la tarea de trasladar la informacin de campo recolectada en la memoria de la estacin total hacia la computadora, se hace necesario el uso de un programa auxiliar, en este caso se explicara el procedimiento general para llevar a cabo dicha tarea utilizando el programa Sokkia Pro link versin 1.5, describindose a continuacin:

1. Despus de acceder al ambiente Windows se procede a entrar al programa Pro link, lo cual se hace de forma directa dando doble clic al icono de dicho programa.

2. Se crea el proyecto en FILE, NEW PROJECT y se despliega en pantalla el libro o field book a trabajar del proyecto. 27

3. Luego se selecciona el cuarto icono que aparece, la cual recibe la informacin obtenida en campo y esta se visualiza en pantalla activando el sexto icono, ver figura 12.

4. Al desplegarse la informacin recolectada en la estacin total sobre la pantalla del computador seleccionamos el sptimo icono que se activara luego del paso 3, pudiendo transformar la informacin a un archivo con extensin TXT.

5. Teniendo el archivo de extensin TXT se procede a importar la informacin de campo hacia el software de diseo que utilizaremos para el proyecto de topografa donde vamos a crear curvas de nivel.

Figura 13. conos para realizar el traslado de informacin al ordenador

Cuarto Icono

Sexto Icono

28

3.3.1.

DISEO DE PUENTE VEHICULAR

Descripcin del proyecto

El proyecto consiste en el diseo estructural y geomtrico del puente que se requiere para la conexin de la ruta que comunicar la avenida La Recoleccin, al poniente de la ciudad de La Antigua Guatemala, con la nueva ruta nacional nmero 14 (RN 14), pasando esta interconexin a travs de la Finca Retana que colinda con ambas vas. El diseo estructural ser utilizando el mtodo tradicional de concreto armado, con especificaciones tcnicas de la American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO), especficamente utilizando la norma AASHTO H20-44 (camin de doble eje cargado), dado que la proyeccin que se tiene para la construccin de esta interconexin es que sea utilizado principalmente por transporte de tipo pesado y que se evite con esto el paso por las calles de la ciudad de La Antigua Guatemala. La longitud total del diseo del puente ser de 25.00 metros lineales, con dos carriles de tres metros con sesenta centmetros cada uno, dadas las condiciones topogrficas del lugar el diseo del puente est esviajado cuarenta grados y cuarenta minutos (404) respecto el eje transversal.

3.2

Especificaciones para el diseo de puentes de concreto de seccin de viga y losa

3.2.1

Introduccin

Debe disearse las estructuras del puente, como en los edificios, para resistir varios tipos de carga.

29

Generalmente, los mayores componentes de carga que actan en los puentes de carretera son las cargas muertas y las cargas vivas, las cargas vivas ambientales (temperatura, viento, y las inducidas por terremotos), as como aqullas que resultan del frenado de vehculos y por colisiones. Las cargas de gravedad son causadas por el peso propio del puente, la carga muerta sobrepuesta, y la carga viva, considerando que las cargas laterales se causan por los fenmenos ambientales como el viento y los terremotos. Las estructuras del puente sirven con el nico propsito de llevar el trfico sobre un claro dado; con este fin estos se sujetan a cargas que no son estacionarias. Tambin, como una consecuencia, los puentes se sujetan a cargas causadas por las cargas mviles dinmicas, como la fuerza longitudinal de impacto y fuerzas centrfugas. Los dos mayores componentes para el diseo de un puente son el diseo de la superestructura y el diseo de la subestructura. Con esta perspectiva, las fuerzas que actan en los puentes pueden ser divididas en dos categoras: (1) aquellas que actan en la superestructura, y (2) las que actan en la subestructura y por ltimo no menos importantes y que no estn directamente relacionadas con el diseo estructural es la construccin de aproches y obras de proteccin para la estructura.

30

Figura 14. Organigrama de cargas que influencian la Superestructura del puente

Figura 15.

Organigrama de cargas que influencian la Subestructura del puente

31

3.2.2.

Cargas en la superestructura de puentes

3.2.2.1.

Cargas por gravedad

3.2.2.1.1.

Carga muerta

Son las que tienen carcter de permanencia sobre le miembro que actan, por ejemplo, el peso propio de la losa, el peso de la capa de rodadura, el peso de las instalaciones, y el de la viga en un puente. La carga muerta en la superestructura de un puente consiste especficamente del peso de la superestructura ms el peso de otros detalles as como otras utilidades que se conducen por tuberas, canalizaciones y cables pueden llevarse a los lados o debajo del tablero, est compuesta por el peso de aceras, restricciones, parapetos, barandas, los apoyos de las vigas, y las vigas de piso.

3.2.2.1.2. Carga viva Las cargas vivas son aquellas que unas veces pueden estar aplicadas en los miembros y otras no. Por lo tanto, los puentes de carreteras se sujetan a una variedad de cargas no estacionarias, como aquellas debido a los vehculos, motocicletas, bicicletas, jinetes, y peatones. En el contexto de puentes, las cargas vivas se refiere a las cargas debido a los movimientos dinmicos de vehculos, por ejemplo las cargas que cambian de posicin con respecto al tiempo, es decir, estn especificadas mediante camiones y trenes de carga idealizados, o cargas distribuidas equivalentes con ejes de carga concentradas. Los aproches y las obras de proteccin

32

3.2.2.1.2.1.

Carga vehicular

El cdigo AASHTO define diversos tipos de cargas mviles que actan sobre diferentes componentes de los puentes. En este caso especfico se utilizar la especificacin HS-20-44, que es bsicamente un camin idealizado de 3 ejes en el que cada rueda de los 2 ejes posteriores concentra el 80% de la carga de referencia, esto hace un total de 7,264 kg. Mientras que cada rueda del eje delantero concentra el 20% de la carga de referencia, un total de 1,816 kg., la carga de referencia es de 20,000 libras. El HS-20-44 es el camin de diseo de puentes para autopistas y carreteras de primero, segundo y tercer orden. Cada carril del puente es cargado con un camin HS-20-44, ubicado en distintas posiciones para obtener el efecto mximo sobre cada elemento del puente.Figura 16. Esquema de carga de camin de tres ejes

Tambin llamado el camin de carga estndar. La norma define que el H de carga y el HS ms pesado de carga, la letra S se refiere al camin

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articulado. En esta designacin, el nmero 44 se refiere al hecho de que estas cargas fueron estandarizadas y primero se publicaron en las especificaciones de AASHO 1920. Y el nmero 20 se refiere a la clasificacin cargan del camin grande en toneladas.

3.2.2.2.1.2. Carga peatonal En la mayora de los puentes, en la que se les proporcionan aceras y restricciones, la carga viva impuesta en ellos debe darse debido a las consideraciones en el diseo. La AASHTO 3.14 estipula las siguientes cargas a considerar. - La acera en losa, vigas, y sus apoyos inmediatos: 95 psi. - Las vigas, vigas maestras o guas, arcos y otros miembros: - El claro 0-25 pies: 85 - El claro 60-100 pies: 60 - El claro mayor de 100 pies: segn la ecuacin:

- Trfico peatonal: 85 - Trfico de bicicletas: 85

No hay ningn ancho mnimo o mximo de acera estipulado en las especificaciones, normalmente se usan anchos entre 0.60 a 2.00 metros.

3.2.2.1.3.

Carga de impacto

34

Son aquellas cargas que se aplican en un tiempo relativamente corto, o sea, prcticamente sbitas. Desde el punto de vista de la ingeniera, puede definirse la carga de impacto como una carga repentinamente aplicada. En el contexto de puentes, el fenmeno de impacto se relaciona a la interaccin del vehculo con el puente. La interaccin de las cargas mviles y los resultados de la superestructura del puente en la amplificacin dinmica de las cargas mviles, producen as las vibraciones y el aumento de las tensiones. Esta respuesta dinmica es considerada en el diseo, segn las especificaciones de la AASHTO, atribuyendo el factor de impacto I.

3.2.2.2.

Fuerzas longitudinales

El trmino de fuerzas longitudinales se refiere a fuerzas que actan en la direccin del eje longitudinal del puente, especficamente, en la direccin del trfico. Estas fuerzas se desarrollan como resultado del esfuerzo de frenado y que actan longitudinalmente sobre los tableros de los puentes, o el esfuerzo de traccin. En ambos casos, la fuerza de inercia del vehculo se transfiere al tablero a travs de la friccin entre el tablero y las ruedas. Algunas de estas cargas son aplicadas en la combinacin de cargas que permiten un aumento permisible en la tensin. Es supuesto que la fuerza longitudinal se transmite al tablero a travs de las ruedas de los vehculos en movimiento. El tablero, a su vez, lo transmite a las vigas que transmiten la fuerza longitudinal a los soportes en que stas se apoyan. El efecto de la fuerza longitudinal en los miembros de la superestructura es muy pequeo, mientras aquel debido a su rigidez axial es grande, por consiguiente, no es considerado en su diseo.

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3.2.2.3.

Cargas de viento

Las cargas de viento son el mayor componente de las cargas laterales que actan en todas las estructuras. En general, estas son componentes de las llamadas cargas medioambientales a las que todas las estructuras se sujetan. Los efectos del viento en las estructuras del puente pueden estar compuesta por: - Presiones estticas del viento. - Los movimientos dinmicos (oscilatorios) del viento. - El golpe entre las estructuras adyacentes. Las presiones estticas del viento son la causa por la cual un puente puede deformarse o desviarse. Los movimientos dinmicos del viento afectan los claros largos y flexibles de los puentes, as como puentes en suspensin y puentes de cables atirantados. Como los puentes son muy propensos a movimientos bajo las fuerzas del viento, estas pueden causar que stos oscilen en varios modos diferentes, y permitir frecuencias las cuales pueden ser catastrficas bajo condiciones adecuadas de viento.

3.2.3.

Cargas en la subestructura de puentes

3.2.3.1.

Subestructura

La subestructura est formada por todos los elementos que requiere la superestructura para sustentarse, como son apoyos, columnas, pilas, estribos y

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cabezales. Su funcin es la de transmitir eficientemente las cargas de la superestructura a la cimentacin. Las cargas que actan en una subestructura son las que le transfiere la superestructura ms las cargas laterales como sismo y viento, empuje de tierras y corrientes de agua, entre otros.

3.2.3.2.

Presin del suelo

Los estribos y la pared del ala son porciones de la subestructura que retiene la tierra, consecuentemente ambas son asignadas a las cargas laterales. Los estribos adems de retener la pared de relleno, retienen las cargas de gravedad soportadas.Figura 17. Diagrama de presin del suelo en subestructura

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Segn la norma AASHTO 3.20.1, establece que para la pared de los estribos que retienen la presin de tierra calculada para un fluido equivalente, esta tendr un valor lmite de 30 presin es triangular o hidrosttica. como mnimo. La distribucin de esta

3.2.3.3.

Estabilidad del estribo

El estribo deber ser diseado para proveer seguridad, contra cualquier falla debido al volteo y deslizamiento. El volteo y el deslizamiento son provocados fundamentalmente por las fuerzas longitudinales y transversales aplicadas en direccin horizontal y vertical al estribo, estas fuerzas generan momentos segn la direccin que ellas tengan.Figura 18. Diagrama de fuerzas que generan momentos segn su direccin

Como factor de seguridad al volteo generalmente se acepta 1.5. Para suelos cohesivos se sugiere un valor de 2. Para estribos en pie de extensin deber ser diseado par un segn la AASHTO 7.5.2.1

3.2.3.4.

Cargas ssmicas

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Las cargas ssmicas han sido modeladas como equivalentes estticos y como efecto dinmico en las estructuras. Junto con el viento, las cargas ssmicas constituyen otro componente de las fuerzas medioambientales que todas las estructuras deben poder resistir. Hay otras utilidades presentes que deben tomarse en cuenta como el traslado de la electricidad, gas, agua, y las telecomunicaciones. Es por consiguiente sumamente importante que estos puentes se construyan bajo normas de seguridad con respecto a los sismos, de manera que puedan ser seguro ante un posible terremoto y estar en condiciones de servir en todo momento bajo estas circunstancias. Las cargas ssmicas en un puente o en cualquier otra estructura dependen de muchos factores, principalmente: - Las caractersticas de la estructura ante respuestas dinmicas. - Las caractersticas de la respuesta dinmica del suelo. - La proximidad de sitio ante un desperfecto activo conocido. - La intensidad del evento ssmico.

3.2.3.5.

Fuerzas de carga muerta

La carga muerta se distribuye a varias vigas de acuerdo a su ancho tributario. En la mayora de los casos, las vigas son espaciadas igualmente, produciendo as igual ancho tributario para todas las vigas. Por consiguiente, se asume que todas las vigas llevan cantidades iguales de carga muerta. Esencialmente, la carga muerta consiste de la losa de tablero, la superficie de rodamiento, aceras, parapetos, restricciones y barandas.

3.2.3.6.

Fuerza cortante

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La distribucin del factor de carga viva para cortante en las vigas especificado en la AASHTO 3.23.1. De acuerdo con esta especificacin las diferentes distribuciones del factor ser usado por: - Cortante debido a carga de rueda al final de la viga. - Cortante debido a ruedas y otras posiciones en el claro. Para el clculo de cortante, una simplificacin se asume para cada porcin de la losa entre los dos apoyos adyacentes y es considerada como apoyos simples en la reaccin R, en la viga bajo consideracin y se puede determinar fcilmente por el mtodo de la regla del brazo, por la AASHTO 3.23.1.1 donde especifica que el cortante al final y en la direccin transversal de las vigas de piso deber ser calculado asumiendo que la rueda o la carga de eje adyacente analizada al final no es distribuida longitudinalmente, es decir, que para propsitos de clculo del cortante mximo en una viga o en la viga de piso, la carga de rueda trasera, se colocar al final de la viga directamente sobre el apoyo, para causar el mximo cortante y deber ser tratado como una carga concentrada actuando directamente en el miembro.

3.3.

Lneas de influencia

3.3.1. Condiciones generales Si bien en el tratamiento del tema, por simplicidad se refiere a casos de vigas, la generalizacin a otros tipos de estructuras es casi inmediata y no requiere de nuevos conceptos a los necesarios. La posibilidad de cargas mviles implica la necesidad de obtener:

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a. Las solicitaciones, deformaciones, etc., que produce una carga (o estado de carga) para distintos puntos de aplicacin de la misma. b. El estado ms desfavorable de aplicacin de la carga, que trae aparejada las mayores solicitaciones o deformaciones, y con las cuales tiene que ser evaluada una seccin dada. Estas dos necesidades deben ser tenidas en cuenta en todas las secciones de la viga, o por lo menos, en varias secciones caractersticas segn las circunstancias. El trazado de diagramas o lneas de influencia nos permite una adecuada respuesta a las dos necesidades y su utilizacin es casi imprescindible en el caso de estudios de puentes, puentes gra, etc., donde las cargas mviles tienen una cierta importancia como respecto a peso propio o carga permanentes.

3.3.2.

Definicin de lneas de influencia

Se define como lneas de influencia de una solicitacin o deformacin, en la seccin A-A, aun diagrama tal, que su ordenada en un punto i, mida una determinada escala, el valor de la solicitacin o deformacin en la seccin A-A, cuando en el punto i de referencia acta una carga de valor unitario. En el caso de la figura 18, se dice que es la lnea de influencia del representa el valor del

momento flector en A, si se cumple que la ordenada

momento flector en A para una carga P = 1 aplicada en el punto i.

41

Figura 19. Diagrama de lneas de influencia

Esto mismo puede aplicarse para otros estados de carga y otras solicitaciones, reacciones, deformaciones, etc.

3.4. Estudios de campo Los estudios de campo, comprenden todos los estudios que han de realizarse previamente al diseo propiamente dicho de la estructura. Estos abarcan a la topografa, las condiciones hidrulicas de cimentacin de la corriente de agua, la prediccin del gasto de diseo y el tipo de suelo y su resistencia, las circunstancias locales para ejecutar la obra y las caractersticas de la va de la que forman parte el puente.

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Par analizar un proyecto, en este caso un puente, es necesario tener presente varios estudios a efectuar, si se quiere realizar determinada estructura con buena base, estos estudios se basan en lo siguiente.

- Estudios de campo - Estudios de gabinete - Estudios de construccin. Para realizar los estudios de campo se han clasificado en cuatro tipos de la siguiente manera: - Estudios topogrficos - Estudios hidrulicos - Estudios hidrolgicos - Estudios de cimentacin

3.4.1.

Estudios topogrficos

Una obra no puede considerarse como una estructura independiente, sino que forma parte de otra obra en la cual realiza una funcin especfica: dar paso a las aguas de una corriente, cruzar sobre otra va o salvar un vano, por lo tanto, la ubicacin del puente y las caractersticas del terreno en que deba construirse obligan a realizar los estudios topogrficos. Para estudiar la posicin en la cual se ubicar el puente se realiz un reconocimiento de la zona para conocer las condiciones generales del terreno, el punto exacto donde se construir el puente ya est previamente definido y es considerado punto obligado ya que este puente esta directamente ligado a la

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construccin de la ruta que comunicar la avenida La Recoleccin con la Ruta Nacional 14 (RN-14), pasando a travs de la finca Retana, en la ciudad de La Antigua Guatemala, ruta que previamente a este trabajo ya ha sido diseada por lo que existe la limitacin de un alineamiento previamente definido por lo que la geometra del puente es un punto casi obligado. Los lineamientos que rigieron el levantamiento se enlistan a continuacin. - Se reconoci la zona de construccin, aguas arriba y aguas abajo. - Se definieron las cotas de un banco de marca previamente definido por el levantamiento que se realiz para la construccin de la carretera, para utilizar como referencia. - Se defini una lnea paralela al cauce del ro partiendo de la cota de referencia, para poder trazar a partir de sta, las secciones perpendiculares al ro. - Teniendo definido el eje central de la carretera a construirse se definieron cinco puntos de cada lado de la lnea central con una separacin de 5 metros para sacar la topografa especial del cauce del ro - El levantamiento se realiz con la ayuda de una estacin total marca Sokkia, modelo Set 630 RK, el procedimiento de utilizacin de este equipo se defini previamente en el capitulo anterior de este trabajo. Adems se requiri del apoyo de un par de cadeneros y un par de ayudantes para realizar limpieza del rea para el levantamiento. - Aproximadamente se estudi una longitud perpendicular al cauce del rio de 20 metros de cada lado tomando puntos de elevaciones en los lugares donde se consider que existan variaciones considerables del nivel del terreno y dentro del cauce del ro se tomaron puntos en las coronas de la cuenca, en el nivel de agua existente, en el fondo del ro, esto en cada lado de la cuenca.

44

A continuacin se presenta la planta general con curvas de nivel del levantamiento que se realiz del rea objeto del estudio, adems de una seccin tpica del cauce.Figura 20. Planta con curvas de nivel del rea objeto del estudio

Las condiciones de la cuenca del rio Guacalate en el rea del levantamiento, son similares, es decir, la secciones del cauce son bastante homogneas y mantienen una pendiente constante sin variaciones considerables, a continuacin se presenta una seccin tpica de la cuenca del rio en el rea de estudio.Figura 21. Seccin tpica de la cuenca del ro

45

3.4.2.

Estudios 45

Hidrulicos

La importancia que tienen estos estudios es grande, debido a que el caudal mximo durante las avenidas, la velocidad que alcanza el agua cuando stas tiene lugar, la frecuencia con que se presentan dichas avenidas, la duracin de las mismas, el nivel que llega el agua, las zonas que inunda, la direccin del a corriente en crecidas, en la seccin del cruce en estudio, el alineamiento del ro, as como el buen funcionamiento ya construido. Se determina el nivel de agua para el gasto de diseo con lo cual se obtiene el ancho inundado o espejo del agua. Si el puente abarca todo el ancho inundado, la obstruccin a la corriente es solo debido a las pilas, si las hay. Para realizar los estudios hidrulicos se realizaron los siguientes procedimientos y se encontraron los siguientes resultados. Se levantaron 6 secciones transversales del ro, con una separacin entre cada una de 5 metros. Se defini el coeficiente de rugosidad de unificado para las secciones. Se estudio el dimetro mximo de los cuerpos arrastrados por la corriente en crecidas, se defini que no existen cantos o grava de sobre tamaos, bsicamente arrastra limo arenoso, un porcentaje pequeo de arcilla, canto de dimetros no mayores de 35 centmetros en cantidades bajas, en su mayora, arrastra desechos de aguas servidas, y una gran cantidad de basura.

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Se defini para cada seccin el nivel de agua mnimo(MAMIN), el nivel de agua mximo ordinario(NAMO) y el nivel de agua mximo extraordinario (NAME). Tomando como referencia para nuestro estudio el NAME producto de la tormenta Stan el ao 2,005. Se levant un perfil del fondo del rio en una longitud aguas arriba de 100 metros y 100 metros aguas abajo, a partir del eje central del diseo del puente.

3.4.3.

Estudios Hidrolgicos

Estos estudios tienen como objetivo determinar el gasto de diseo para una avenida cuya probabilidad est definida por la importancia de la va para la cual se disear el puente. Como se indic anteriormente se tiene definido para nuestro diseo de seccin de la estructura se nuestro tirante mximo que ser equivalente al nivel de agua mximo extraordinario(NAME), dato que fue verificado y corroborado de dos formas la primera obteniendo informacin del Instituto Nacional de Sismologa, Vulcanologa, Meteorologa e Hidrologa (INSIVUMEH), donde se proporcion los datos obtenido de las estaciones de observacin que se encuentran una en Parramos, Chimaltenango y la otra en Alotenango, Sacatepquez. La otra fuente fue la de personal que trabaja y habita en los al redores del cauce del ro, dentro de la finca Retana, rea donde se realizaron los estudios para este trabajo. La informacin de las dos fuentes es similar, la variacin no es considerable, sin embargo, se decidi utilizar para este estudio la informacin obtenida por los pobladores del lugar ya que da un resultado levemente ms

47

alto al del INSIVUMEH. Nuestro nivel de crecida mxima extraordinaria para este estudio ser de 3.98 metros de altura, a partir del fondo del rio. Para verificar que nuestro dato de tirante mximo de agua es el correcto para nuestro diseo se plantear la siguiente hiptesis: El caudal que fue arrastrado por el ro a consecuencia de la tormenta Stan deber ser mayor al caudal calculado por el Mtodo Racional, tomado como caudal mximo en condiciones de invierno normales para un retorno de 100 aos. De lo contrario, utilizaremos para el diseo el caudal que nos proporcione el clculo resultado de la utilizacin del mtodo.

3.4.3.1.

Clculo de caudal utilizando tirante mximo

Confirmando que nuestro dato de tirante mximo es el que dio por resultado las condiciones de la tormenta Stan, tenemos que:

-

De las siguientes tablas proporcionadas por el INSIVUMEH, tenemos que:Tabla II. Tabla de datos para clculo de tasa de concentracin

Tr (aos) A B n Rz

2 21,810 35.000 1.451 0.995

5 105,300 45.000 1.701 0.983

10 639,800 70.000 1.954 0.987

20 319,800 65.000 1.819 0.985

25 311,660 65.000 1.812 0.985

30 302,850 65.000 1.805 0.985

50 290,500 65.000 1.794 0.984

100 283,480 65.000 1.787 0.984

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Tabla III. Valores de C, coeficiente de escorrenta en la frmula Racional

TIPOS DE SUPERFICIE O USO DE SUELONo. Coberturas individuales de suelos Bosque Cesped o pradera Campo cultivado rea escarpada con grama Tierra descubierta Pavimento con grava o macadam Pavimento con concreto asfltico Usos compuestos de la tierra Residencial plano, cerca del 30% impermeable Residencial plano, cerca del 60% impermeable Rango de Factor C

1 2 3 4 5 6 7 8 9

0.1 - 0.3 0.1 - 0.4 0.2 - 0.4 0.5 - 0.7 0.2 - 0.9 0.35 - 0.7 0.8 - 0.9 0.4 0.55 0.65 0.8 0.8

10 Residencial inclinado, cerca del 50% impermeable 11 Inclinado, construido, cerca del 70% impermeable 12 Comercial plano, cerca del 90% impermeable

La recomendacin para considerar el valor C, es que para pendientes muy suaves o suelos permeables se utilicen los valores bajos del rango y para pendientes ms inclinadas o suelos impermeables se usen los valore ms altos del rango.

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Las condiciones donde se efectu el estudio son de una finca dedicada estrictamente al cultivo del caf, es decir, es un rea que combina bosque con campo cultivado, con una pendiente media de escorrenta, segn el estudio realizado del 3%, por lo que se considera baja. Con estas condiciones se defini un coeficiente de escorrenta C = 0.3 Para la utilizacin del mtodo Racional tambin se requiere tener definida el rea tributaria a la cuenca del rio Guacalate, y la longitud de ste hasta el punto donde se realizar el diseo y el diferencial de alturas entre el inicio del ro y el punto donde se realiza el estudio. Para esto se hizo uso de planos cartogrficos proporcionados tambin por el INSIVUMEH, para definir el rea tributaria y la longitud de desarrollo de la cuenca.Figura 22. Ubicacin geogrfica del rea tributaria del rio Guacalate

50

Figura 23. Definicin del rea tributaria a la cuenca del Guacalate

51

Del estudio de los planos cartogrficos se defini el rea tributaria mostrada en la figura anterior, dando un total de 177.55 kms, una longitud del cauce del rio L = 28.1 kms. y un diferencial de altura entre el inicio del ro hasta nuestro punto de estudio de H = 0.996 kms. Clculo de tasa de concentracin

52

De lo indicado anteriormente tenemos que: - Longitud: - Diferencial de alturas:

- Valor de escorrenta: - rea:

Clculo de intensidad Utilizando una tasa de retorno de , tenemos que:

-

53

Clculo de caudal

Tenemos que: - Factor de escorrenta: - Intensidad de lluvia: - rea:

Clculo de caudal a partir de crecida mxima extraordinaria Para este clculo se utilizar el mtodo de continuidad ya que el tirante mximo del rio es un dato conocido.

Por lo que tenemos que:

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- Clculo de rea La figura del rio es una figura compuesta, por lo que se calcular por segmentos de rea para llegar a un rea total.Figura 24. Seccin de ro para clculo de rea.

1.30 m 3.68 m3 1

9.21m 9.21m 0.89m 4.80m. 0.89m 9.21m

Clculo de radio hidrulico

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Tenemos que: -

Dados los resultados anteriores tenemos que:

Se

define

que

para

el

presente

diseo

se

utilizar

el

dato

y considerando las especificaciones de las normas AASHTO en las se indica que como medida de seguridad para el diseo, se debe dar un mnimo de 1.5 metros de sobre altura del nivel de la considera un tirante mximo de diseo de 5.48 metros. , por tanto se

3.4.4.

Estudios de cimentacin

56

El cruce de las corrientes naturales de agua es el resultado del arrastre continuo de las partculas del terreno por donde circulan dichas corrientes. En los puentes como en cualquier otro pio de estructuras se utilizan diferentes tipos de cimientos, sin embargo, tomando en cuenta las dificultades constructivas, el fenmeno de socavacin y como en general los puentes al salvar a los ros, los apoyos estn muy cerca del cauce donde las condiciones de cimentacin no son las mejores, requieren un estudio adecuado de los cimientos. Estos tipos de estudio analizan las propiedades del suelo, su resistencia, deformacin, as como la eleccin del tipo de cimiento y su dimensionamiento. El principal peligro de fracaso de un proyecto de un puente es la socavacin, si el nivel de desplante de la subestructura no queda a salvo de la socavacin se producir la falla de la estructura por esto mismo, y la prdida total o parcial de la inversin. Si por desconocer la profundidad de la socavacin y temiendo sus efectos, se profundiza exageradamente la cimentacin, se hace una inversin innecesariamente grande que afectara la economa invertido sin ningn provecho. Para obtener las caractersticas del suelo es necesario extraer muestras de los diversos estratos que lo componen, para analizarlos y conocer la influencia que posee la cimentacin en la determinacin de las luces parciales del puente. Para ejecutar el diseo de este puente se realizaron estudios previos de las calidades del suelo existente, basados en los resultados de estos se disearon los estribos del puente tomando en cuenta el valor soporte del suelo, adems de otras consideraciones que deban ser tomadas en cuenta. en lo

57

3.4.4.1.

Procedimiento para realizacin de estudios del suelo

3.4.4.1.1.

Generalidades

Lo primero que hay que consignar en la obtencin de una muestra es que sta sea representativa del terreno. Un muestreo adecuado y representativo es de primordial importancia, pues tiene el mismo valor que el de los ensayos en s. A menos que la muestra obtenida sea verdaderamente representativa de los materiales que se pretende usar, cualquier anlisis de la muestra solo ser aplicable a la propia muestra y no al material del cual procede, de ah la necesidad de que el muestreo sea efectuado por personal conocedor de su trabajo. Las muestras pueden ser de dos tipos: alteradas o inalteradas. Se dice que una muestra e