Universidad de San Carlos de Guatemalabiblioteca.usac.edu.gt/EPS/08/08_0031.pdf · 2013-11-22 · ALDEA LO DE HERNÁNDEZ Y PUENTE VEHICULAR ALDEA EL ... 2.2.5.8.2 Diseño de la viga

I

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

DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ALDEA LO DE HERNÁNDEZ Y PUENTE VEHICULAR ALDEA EL

TERRERO DEL MUNICIPIO DE HUEHUETENANGO, HUEHUETENANGO

Jeovany Roderico Félix Mérida Asesorado por Ing. Juan Merck Cos

Guatemala, julio de 2004

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ALDEA LO DE HERNÁNDEZ Y PUENTE VEHICULAR ALDEA EL TERRERO DEL

MUNICIPIO DE HUEHUETENANGO, HUEHUETENANGO

TRABAJO DE GRADUACIÓN

PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA


POR

JEOVANY RODERICO FÉLIX MÉRIDA ASESORADO POR ING. JUAN MERCK COS

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

GUATEMALA, JULIO DE 2004

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA


NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos VOCAL II Lic. Amahán Sánchez Álvarez VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada VOCAL IV Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García EXAMINADOR Ing. Juan Merck Cos EXAMINADOR Ing. Oscar Argueta SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR

Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de San

Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de graduación

titulado:

DISEÑO DEL SISTEMA DE ALCANTARILLADO SANITARIO ALDEA LO DE HERNÁNDEZ Y PUENTE VEHICULAR ALDEA EL TERRERO DEL

MUNICIPIO DE HUEHUETENANGO, HUEHUETENANGO

Tema que me fuera asignado por la Dirección de la Escuela de Ingeniería Civil

con fecha 22 de septiembre de 2003.

Jeovany Roderico Félix Mérida

ACTO QUE DEDICO

A DIOS PADRE Por ser mi guía y por permitirme alcanzar mis metas. A MIS PADRES Juan Roderico Félix Mauricio María del Carmen Mérida Pérez Gracias por su apoyo incondicional y por sus sabios consejos que me han permitido alcanzar este sueño. A MIS HERMANOS Edwin, Nancy, Yuri Por ser un estímulo de superación. A MIS ABUELOS Delfino Félix Martínez † Romelia Dolores Mauricio José Cruz Mérida † Agapita Pérez Gonzáles A MI FAMILIA A MIS AMIGOS

AGRADECIMIENTOS

A la Municipalidad del municipio de Huehuetenango, por darme la oportunidad de realizar mi Ejercicio Profesional Supervisado. A Wilson Félix López y Rolando Matías Hernández, por haberme ayudado cuando mas lo necesité. Al personal del departamento de planificación de la Municipalidad del municipio de Huehuetenango, por haberme brindado su amistad. Al Ingeniero Civil Juan Merck Cos, por sus valiosos consejos y por compartir sus conocimientos y experiencia, en la elaboración del presente trabajo. A la Facultad de Ingeniería

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES...........................................................................VII

LISTA DE SÍMBOLOS......................................................................................XIII GLOSARIO......................................................................................................XVII

RESUMEN........................................................................................................XXI

OBJETIVOS...................................................................................................XXIII

INTRODUCCIÓN.............................................................................................XXV

1. FASE DE INVESTIGACIÓN 1.1 Monografía de aldea Lo de Hernández y aldea El Terrero...............1 1.1.1 Ubicación y localización...............................................................1

1.1.2 Extensión territorial......................................................................3

1.1.3 Limites y colindancias..................................................................3

1.1.4 Clima............................................................................................3

1.1.5 Población e idioma......................................................................4

1.1.6 Suelo y topografía........................................................................4

1.1.7 Vías de acceso............................................................................4

1.1.8 Servicios públicos........................................................................5

1.2 Investigación diagnóstica sobre las necesidades de servicios básicos e infraestructura de los lugares en estudio...............................................................................................5 1.2.1 Descripción de las necesidades..............................................5

1.2.2 Justificación social y económica..............................................5

1.2.3 Priorización...............................................................................5

2. SERVICIO TÉCNICO PROFESIONAL 2.1 Diseño del sistema de alcantarillado sanitario aldea Lo de

Hernández.............................................................................................7

2.1.1 Descripción del proyecto..............................................................7

2.1.2 Levantamiento topográfico...........................................................7

2.1.3 Diseño del sistema.......................................................................8

2.1.3.1 Descripción del sistema a utilizar...................................8

2.1.3.2 Diseño hidráulico............................................................8

2.1.3.2.1 Período de diseño.........................................8

2.1.3.2.2 Población de diseño.....................................8

2.1.3.2.3 Dotación........................................................9

2.1.3.2.4 Factor de retorno........................................10

2.1.3.2.5 Factor de flujo instantáneo..........................10

2.1.3.2.6 Caudal sanitario..........................................11

2.1.3.2.6.1 Caudal domiciliar....................11

2.1.3.2.6.2 Caudal de infiltración.............12

2.1.3.2.6.3 Caudal por conexiones

ilícitas....................................13

2.1.3.2.7 Factor de caudal medio..............................14

2.1.3.2.8 Caudal de diseño........................................15

2.1.3.2.9 Diseño de secciones y pendientes.............16

2.1.3.2.10 Velocidades máximas y mínimas..............17

2.1.3.2.11 Cotas invert...............................................18

2.1.3.2.12 Diámetro de tubería..................................21

2.1.3.2.13 Pozos de visita..........................................21

2.1.3.2.14 Conexiones domiciliares...........................24

2.1.3.2.15 Profundidad de la tubería..........................26

2.1.3.2.16 Principios hidráulicos................................26

2.1.3.2.17 Relaciones hidráulicas .............................27

2.1.3.2.18 Diseño de la red de alcantarillado.............28

2.1.4 Presupuesto del proyecto...............................................32

2.2. Diseño del puente vehicular aldea El Terrero..................................35

2.2.1 Generalidades............................................................................35

2.2.2 Cálculo de caudales máximos para el diseño del puente...........36

2.2.2.1 Método sección pendiente...........................................36

2.2.3 Levantamiento topográfico.........................................................38

2.2.4 Evaluación de la calidad del suelo..............................................39

2.2.5 Diseño estructural.......................................................................39

2.2.5.1 Datos de diseño............................................................39

2.2.5.2 Diseño de la superestructura........................................40

2.2.5.3 Diseño de losa..............................................................41

2.2.5.3.1 Cálculo de peralte........................................41

2.2.5.3.2 Cálculo de momentos.................................42

2.2.5.3.2.1 Momento debido a la carga

muerta...................................42

2.2.5.3.2.2 Momento debido a la

sobrecarga............................43

2.2.5.3.2.3 Momento debido al

impacto..................................44

2.2.5.3.2.4 Momento total........................44

2.2.5.3.3 Cálculo de refuerzo.....................................45

2.2.5.3.3.1 Refuerzo transversal cama

inferior....................................45

2.2.5.3.3.2 Refuerzo longitudinal cama

superior e inferior...................47

2.2.5.3.3.3 Refuerzo transversal cama

superior..................................49

2.2.5.4 Diseño de acera............................................................49

2.2.5.4.1 Cálculo de momento.......................49

2.2.5.4.2 Refuerzo transversal cama

inferior.............................................50

2.2.5.4.3 Refuerzo longitudinal cama superior e

inferior.............................................51

2.2.5.4.4 Refuerzo transversal cama

superior...........................................51

2.2.5.5 Diseño de barandal.........................................52

2.2.5.6 Diseño de vigas principales.............................53

2.2.5.6.1 Peralte y base.................................53

2.2.5.6.2 Cálculo de momentos.....................53

2.2.5.6.2.1 Momento por

sobrecarga.................53

2.2.5.6.2.2 Momento debido al

impacto......................57

2.2.5.6.2.3 Momento por carga

muerta.......................57

2.2.5.6.2.4 Momento total............59

2.2.5.6.3 Cálculo de refuerzo..........................59

2.2.5.6.4 Diseño a corte..................................61

2.2.5.6.4.1 Esfuerzo por carga

muerta.......................61

2.2.5.6.4.2 Esfuerzo por

sobrecarga................62

2.2.5.6.4.3 Esfuerzo debido al

impacto......................63

2.2.5.6.4.4 Esfuerzos cortantes

totales........................64

2.2.5.6.5 Cálculo de refuerzo......................................64

2.2.5.6.5.1 Cálculo de espaciamiento........65

2.2.5.7 Diseño de diafragmas...................................................66

2.2.5.7.1 Sección de diafragmas................................67

2.2.5.7.2 Corte............................................................69

2.2.5.8 Diseño de la subestructura...........................................69

2.2.5.8.1 Cortina.........................................................69

2.2.5.8.1.1 Cálculo de empuje del suelo

(E).........................................71

2.2.5.8.1.2 Cálculo de fuerza longitudinal

(FL)........................................71

2.2.5.8.1.3 Cálculo de fuerza de sismo

(S)..........................................72

2.2.5.8.1.4 Grupos de cargas..................72

2.2.5.8.1.5 Cálculo de refuerzo...............73

2.2.5.8.1.6 Corte......................................74

2.2.5.8.2 Diseño de la viga de apoyo........................75

2.2.5.8.2.1 Cálculo de refuerzo...............75

2.2.5.8.3 Diseño del estribo.......................................76

2.2.5.8.3.1 Cálculo de momento de

volteo....................................76

2.2.5.8.3.2 Cálculo de momento

estabilizante..........................77

2.2.5.8.3.3 Revisión del muro sin

superestructura.....................78

2.2.5.8.4 Diseño de la zapata....................................79

2.2.5.8.4.1 Cálculo del área de la

zapata..................................80

2.2.5.8.4.2 Chequeo por corte

simple....................................81

2.2.5.8.4.3 Refuerzo por flexión..............82

2.2.5.8.4.4 Refuerzo por temperatura.....83

2.2.5.9 Elaboración del presupuesto...........................84

CONCLUSIONES...............................................................................................87 RECOMENDACIONES......................................................................................89

BIBLIOGRAFÍA..................................................................................................91

APÉNDICES.......................................................................................................93

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Ubicación y localización de aldeas Lo de Hernández y el Terrero 2 2. Dimensión de escalón de pozo de visita 22 3. Partes de un pozo de visita 23 4. Conexiones domiciliares 25 5. Área de la sección del río 37 6. Elevación de puente 40 7. Geometría de la superestructura 40 8. Geometría final de la superestructura 41 9. Diagrama de carga muerta 43 10. Sobrecarga, camión Standard H-15-44 44 11. Armado de losa 49 12. Armado de acera 52 13. Dimensiones de barandal 52 14. Diagrama de posición de cargas para obtener momentos 53 15. Diagrama de cargas para obtener momentos máximos 54 16. Diagrama de cargas para obtener momento máximo por sobrecarga 55

17. Diagrama de cargas para obtener momentos a 6 m del apoyo 56 18. Diagrama de carga muerta 58 19. Detalle de armado al centro de la viga 60 20. Detalle de armado a 6 m del apoyo de la viga 61 21. Diagrama de posición de cargas para obtener corte máximo 62 22. Diagrama de posición de cargas para obtener corte a 6 m del apoyo 63 23. Diagrama de corte real 64 24. Diagrama de corte de diseño 65 25. Ubicación de diafragmas en la viga principal 67 26. Detalle de diafragmas interiores 68 27. Detalle de diafragmas exteriores 68 28. Geometría de la cortina y viga de apoyo 70 29. Diagrama de presiones 71 30. Geometría y diagrama de presiones del estribo 76 31. Geometría de la zapata 81 32. Armado de zapata 84 33. Plano de la planta general del sistema de alcantarillado sanitario 97 34. Plano de perfiles 98 35. Plano de detalles de pozos de visita 99 36. Plano de conexiones domiciliares 100 37. Plano de detalles de losa y acera 101

38. Plano de detalles de vigas principales ,diafragmas, cortina y viga de apoyo 102 39. Plano de detalles de estribos, zapatas y especificaciones generales 103

TABLAS

I. Coeficiente de rugosidad 17

II. Velocidades máximas y mínimas 18

III. Profundidad mínima de cota invert 20

IV. Relaciones hidráulicas 27

V. Resumen del presupuesto del sistema de alcantarillado sanitario 34

VI. Cálculo del momento de volteo 77

VII. Cálculo del momento estabilizante 77

VIII. Resumen del presupuesto del puente vehicular 85

IX. Resumen del presupuesto del puente vehicular 86

X. Cálculo hidráulico 94

XI. Cálculo hidráulico 95

LISTA DE SÍMBOLOS

@ A cada cierta distancia AASHTO Asociación oficial Americana de Carreteras y trasportes ACI Instituto Americano del Concreto As Área de acero b Base d Peralte E Empuje de la tierra e Excentricidad E.P.S. Ejercicio Profesional Supervisado Ec Ecuación S Fuerza de sismo f’c Resistencia del concreto FH Fuerza horizontal FL Fuerza longitudinal fy Resistencia del acero H Altura de viga H-15-44 Sobrecarga, camión Standard I Impacto L Luz libre entre vigas Mcm Momento por carga muerta

Mcv Momento por carga viva msnm Momento sobre el nivel del mar Mt Momento total Mu Momento último P Presión Q Caudal Qm Caudal medio R Radio hidráulico Ra Reacción en el apoyo a Rb Reacción en el apoyo b S Luz eficaz entre vigas T Espesor de losa ρ Cuantía de acero V Velocidad Vmax Corte máximo Vrc Corte que resiste el concreto Vs Valor soporte del suelo Wc Peso del concreto armado Wcc Peso del concreto ciclópeo

GLOSARIO

Acera Espacio más elevado que la capa de rodadura donde circulan los peatones. Acero de refuerzo Cantidad de acero requerido para un esfuerzo determinado. Aforo Medición del volumen de agua que lleva una corriente por unidad de tiempo. Altimetría Parte de la topografía que enseña a medir las alturas. Caudal Volumen de agua que pasa por unidad de tiempo. Conducción Infraestructura utilizada para conducir el agua desde la fuente al tanque de distribución. Cota de cimentación Altura donde se construyen los cimientos referidos a un nivel determinado. Deslizamiento Fuerza que tiende a deslizar horizontalmente el muro. Diafragma Unidad usadas para evitar la deformación de vigas en la superestructura. Empuje Fuerza ejercida por el suelo a la estructura. Estribo Muro que soporta a la superestructura y tramite su peso al suelo.. Fuerza de sismo Carga que es inducida por un sismo y que provoca esfuerzos en la superestructura. Impacto Carga provocada por el impacto del camión estandarizado sobre la superestructura. Losa Elemento estructural, plano que soporta directamente las cargas y las transmite a diferentes apoyo.

Presión Fuerza o carga por unidad de área. Puente Estructura que permite pasar el tráfico de un

punto a otro, a través de cualquier interrupción. Sobrecarga Carga adicional a la aplicada, que se toma como factor de seguridad. Subestructura Es un conjunto de elementos, que han sido diseñados para soportar al superestructura de un puente y transmitir las cargas al suelo. Superestructura Conjunto de elementos, diseñados para soportar

las cargas de tráfico y transmitirlas a la subestructura.

Volteo Es el momento de la fuerza horizontal, que tiende a voltear el estribo respecto al borde exterior. Zapata Es la base del estribo o pila, diseñado y construido para recibir y distribuir el peso y la carga al suelo.

RESUMEN

El informe que a continuación se presenta contiene el resultado del Ejercicio

Profesional Supervisado (E.P.S.), realizado en el municipio de Huehuetenango,

Huehuetenango, específicamente en las aldeas Lo de Hernández y El Terrero.

Para el efecto se desarrollaron dos proyectos, siendo estos:

• Diseño del sistema de alcantarillado sanitario, aldea Lo de Hernández:

El sistema está constituido por 1,412 metros lineales de tubería de concreto,

25 pozos de visita que serán construidos de concreto armado y 140 conexiones

domiciliares, se incluye también presupuesto y planos.

• Diseño del puente vehicular, aldea El Terrero

Se diseñó un puente vehicular, de una vía, de 24 m de largo por 3.60 m de

ancho, para soportar una carga H–15–44; la superestructura será de concreto

armado y la subestructura de concreto ciclópeo. Para el análisis se utilizó la

teoría de esfuerzo último, las normas AASHTO y ACI. También se incluyó el

presupuesto y planos.

OBJETIVOS

• GENERAL

Realizar el diseño del sistema de alcantarillado sanitario para la aldea

Lo de Hernández y puente vehicular para la aldea El Terrero, municipio

de Huehuetenango, Huehuetenango, los cuales servirán para mejorar el

nivel de vida de los habitantes del lugar.

• ESPECÍFICOS

1. Desarrollar una investigación monográfica y diagnóstica sobre

necesidades de servicios básicos e infraestructura de las aldeas Lo de

Hernández y El Terrero.

2. Capacitar a los miembros del comité de la aldea Lo de Hernández,

sobre mantenimiento del sistema de alcantarillado sanitario.

INTRODUCCIÓN

Como un derecho inherente al ser humano está la salud, que en muchas

ocasiones es afectada por el bajo control de enfermedades, siendo las más

comunes gastrointestinales e infectocontagiosas. Una comunidad ve asegurada

la salud pública mediante el control de éstas, en especial, mediante su

prevención. Para poder prevenir enfermedades, es necesario la aplicación de

proyectos de infraestructura y tratamiento.

En el presente estudio, se desarrolla el sistema que servirá como medio de

transporte de las aguas negras provenientes de la aldea Lo de Hernández del

municipio de Huehuetenango, hacia un lugar seguro para su tratamiento y

disposición final.

También, el mismo está orientado a la infraestructura en el área rural, donde

la infraestructura es muy escasa o nula, específicamente en la aldea El Terrero,

donde es una prioridad la construcción de un puente vehicular.

1. FASE DE INVESTIGACIÓN

1.1 Monografía aldea Lo de Hernández y aldea El Terrero 1.1.1 Ubicación y localización Aldea Lo de Hernández

Aldea del municipio de Huehuetenango. Localizada en la sierra Los

Cuchumatanes y en la margen sur del río Cuyumpá.

Está ubicada a 15°18’37” latitud norte y 91°27’13” longitud oeste del

meridiano de GREENWICH, a una altura de 2,000 msnm.

Aldea El Terrero

Aldea del municipio de Huehuetenango. Localizada al este de las aldeas

Corral Chiquito y Zaculeu Central y a 2½ Km por carretera asfaltada rumbo

Norte de la cabecera.

Está ubicada a 15°29’46’’ latitud norte y 91°28’55’’ longitud oeste del

meridiano de GREENWICH, a una altura de 1,875 msnm.

Figura 1. Ubicación y localización de aldeas Lo de Hernández y El Terrero

1.1.2 Extensión territorial

Las aldeas Lo de Hernández y El Terrero cuentan con una extensión

territorial aproximada de 3 y 4 Km2 respectivamente.

1.1.3 Límites y colindancias Aldea Lo de Hernández: Limita al norte con la zona 2, al sur con las aldeas

San Lorenzo y Jumaj, al este con las aldeas Chinacá y Llano grande y al oeste

con la zona 1 de la cabecera municipal.

Aldea El Terrero: Limita al norte con aldea Zaculeu Ruinas, al sur con la zona

1 de la cabecera municipal, al este con aldea Cerrito del Maíz y al oeste con

aldea Corral Chiquito.

1.1.4 Clima

Según datos proporcionados por el INSIVUMEH estación sinóptica José

Miranda B. a partir de enero de 1993 hasta Abril del 2004 la temperatura

promedio es la siguiente:

Temperatura máxima = 31.8 oC

Temperatura media = 18.1 oC

Temperatura mínima = - 0.8 oC

Por lo que el clima en estas aldeas como en todo el municipio varía de

templado a frío.

1.1.5 Población e Idioma Según el Instituto Nacional de Estadística la población para la aldea Lo de

Hernández hasta el año 2002 es de 2046 habitantes, de los cuales el 51% son

de sexo masculino y el 49% de sexo femenino.

Para la aldea El Terrero la población es de 4,440 habitantes de los cuales el

47% son de sexo masculino y el 53% de sexo femenino.

En estas aldeas debido a que la población en su totalidad es ladina, solo se

habla castellano.

1.1.6 Suelo y topografía

El terreno predominante en estas aldeas es de tipo montañoso con muchas

hondonadas, en las cuales predomina la arena blanca y la arcilla, por lo que en

algunas partes se forma talpetate; y una capa delgada de material orgánico en

su superficie.

1.1.7 Vías de acceso

Para acceder a Lo de Hernández desde la cabecera municipal se cuenta

con una carretera adoquinada, mientras que para llegar a El Terrero desde la

cabecera municipal se utiliza una carretera asfaltada de aproximadamente 2.5

kms

.

1.1.8 Servicios públicos

Ambas aldeas cuentan con escuela primaria, puesto de salud, energía

eléctrica, agua potable y de pozo.

1.2 Investigación diagnóstica sobre las necesidades de servicios básicos e infraestructura de los lugares en estudio.

1.2.1 Descripción de las necesidades

Las aldeas Lo de Hernández y el Terrero, del municipio de Huehuetenango,

ubicadas en la periferia del casco urbano, a pesar de estar tan cerca de la

cabecera municipal, padecen de una serie de necesidades de carácter físico,

como son en el orden de servicios básicos e infraestructura ( carreteras,

drenajes, escuelas, sistemas de tratamiento de aguas negras, etc.).

1.2.2 Justificación social y económica Como consecuencia de la no atención a estas necesidades, los pobladores

se ven afectados en el nivel y calidad de vida.

1.2.3 Priorización

Las razones por las cuales se priorizaron dichos proyectos, son las

siguientes:

Proyecto sistema de alcantarillado sanitario:

- La Aldea Lo de Hernández no cuenta con un sistema de

alcantarillado sanitario, servicio indispensable para la

comunidad.

- Aguas grises escurren superficialmente por las calles de

la Aldea.

- Alto índice de enfermedades en la población

- Muchas familias se abastecen de agua por medio de

pozos, los cuales se pueden alterar muy fácilmente.

Proyecto puente vehicular:

- La aldea el Terrero no cuenta con un puente vehicular

que sirva de acceso a la aldea Zaculeu Ruinas.

- En la actualidad solo cuenta con un puente colgante

(hamaca), lo que dificulta el intercambio comercial de los

pobladores.

- En época de invierno es imposible el transito vehicular por

la crecida del río.

2. SERVICIO TÉCNICO PROFESIONAL

2.1 Diseño del sistema de alcantarillado sanitario aldea Lo de Hernández

2.1.1 Descripción del proyecto La aldea Lo de Hernández se encuentra en el municipio de Huehuetenango,

departamento de Huehuetenango, en una formación montañosa y en la margen

del río Cuyumpá.

La población ha sido afectada por enfermedades intestinales, causadas

por la alteración del sistema hídrico, producto de las aguas grises que escurren

superficialmente, por lo que el proyecto que se va a desarrollar consistirá en el

diseño de la red de alcantarillado sanitario.

2.1.2 Levantamiento topográfico

El levantamiento topográfico se realizó para localizar la red dentro de las

calles, pozos de visita, y en general, ubicar todos aquellos puntos de

importancia.

Se realizaron los levantamientos siguientes:

• Planimétrico, utilizando el método de conservación del azimut.

• Altimétrico, utilizando una nivelación simple.

Se utilizó el equipo siguiente:

1 Teodolito marca PRECISION T150

1 Estadal de 4m

1 Cinta métrica de 50 mts.

1 Cinta métrica metálica de 5mts.

Estacas.

2.1.3 Diseño del sistema 2.1.3.1 Descripción del sistema a utilizar

Se usará un sistema de alcantarillado sanitario.

2.1.3.2 Diseño hidráulico

2.1.3.2.1 Período de diseño

El sistema de alcantarillado debe adecuarse a un funcionamiento

eficiente durante un período determinado. Para un mayor período de diseño, el

costo del proyecto se incrementa, por lo que en este caso se adoptó un período

de diseño de 21 años, debido a los escasos recursos económicos con los que

cuenta la aldea. También se tomaron en cuenta la vida útil de los materiales y

las Normas del Instituto de Fomento Municipal (INFOM).

2.1.3.2.2 Población de diseño

Para calcular la cantidad de habitantes que utilizarán el servicio en un

periodo establecido, se aplicó el método de incremento geométrico.

Este método tiene como ventaja que las poblaciones en vías de

desarrollo crecen a un ritmo geométrico exponencial, por lo tanto, éste método

responde más a la realidad de la aldea.

Pf = Po(1+r)n

Donde,

Pf = población futura

Po = población actual

r = Tasa de crecimiento

n = Período de diseño

Para ejemplificar el proceso del cálculo hidráulico, se tomó la población

actual total del proyecto, de donde se obtienen los siguientes datos:

Po = 140 casas x 6 hab/casa = 840 habitantes

r = 3% según el INE

n = 21 años

Aplicando las fórmula del método, se obtiene:

Pf = 840 (1+ 0.03 )21 = 1,563 habitantes

2.1.3.2.3 Dotación Es la estimación de la cantidad de agua que, en promedio consume cada

habitante en el día.

. La dotación de agua con que cuentan los habitantes de la aldea de Lo de

Hernández es de 100 Its/hab/día aproximadamente, según la municipalidad de

Huehuetenango.

2.1.3.2.4 Factor de retorno

Factor de retorno, es el porcentaje de agua, que después de ser usada,

vuelve al drenaje, en este caso, se consideró un 70% como factor de retorno;

debido a que Huehuetenango es un lugar en donde el clima varía de templado a

frío, y por lo tanto la cantidad de agua que es utilizada es menor que en lugares

donde hace demasiado calor.

2.1.3.2.5 Factor de flujo instantáneo

Este factor de flujo instantáneo o factor de Harmond (F.H.), es el factor que

representa la probabilidad de que múltiples artefactos sanitarios de las

viviendas se estén utilizando simultáneamente.

Este factor no es constante para todo el sistema de alcantarillado, sino, por

el contrario varía para cada tramo de acuerdo al número de habitantes

acumulados por tramo. Se calcula de acuerdo a la siguiente fórmula:

F.H.= 18 + √p/1000 4 + √p/1000

Donde:

p es la población en miles.

Tomando en cuenta la población total, tanto actual como futura, el factor de

Harmond será:

F.H.= 18 + √840/1000 = 3.84 actual

4 + √840/1000

F.H.= 18 + √1563/1000 = 3.66 futuro

4 + √1563/1000

2.1.3.2.6 Caudal sanitario

2.1.3.2.6.1 Caudal domiciliar

La dotación de agua, con que cuentan los habitantes de la aldea de Lo de

Hernández es de 100 Its/hab/día aproximadamente, según la municipalidad de

Huehuetenango.

El factor de retorno adoptado es del 70%.

El caudal domiciliar se calcula con la siguiente fórmula:

Qdom = Dotación * No.habitantes * Factor de retorno 86400 segundos

Donde la dotación está en lts/hab/día y el caudal domiciliar en lts/segundo. Tomando en cuenta la población total, se tiene:

Qdom = 100 Its/hab/día x 840hab x 0.70

86400

= 0.68 Its/seg. actual

Qdom = 100 Its/hab/día x 1,563hab x 0.70

86400

= 1.26 lts/seg. Futuro

2.1.3.2.6.2 Caudal de infiltración

Es el caudal que se infiltra en el alcantarillado, el cual depende de la

profundidad del nivel freático del agua, de la profundidad de la tubería y de la

permeabilidad del terreno, del tipo de junta, de la calidad de mano de obra

utilizada y de la supervisión técnica de la construcción. Puede calcularse de dos

formas: en litros diarios por hectárea o litros diarios por kilómetro de tubería, en

que incluye la longitud de la tubería de las conexiones domiciliares, que supone

un valor de 6 mts por cada casa; la dotación de infiltración varía entre 12,000 y

18,000 litros/km/día. Siguiendo con la población total, se tiene:

Qinf = (Dotación de infiltración x (long. Tub. + No. casas * 6 metros)/1000)

86,400 seg

= 14,000 It/km/día x (1,412m de tubería + 140 casas * 6 m) / 1000)

86400 seg

= 0.36 Its/seg.

2.1.3.2.6.3 Caudal por conexiones ilícitas

Es producido por las viviendas que conectan las tuberías del sistema de

agua pluvial al alcantarillado sanitario.

El caudal de conexiones ilícitas se puede calcular por medio de los

siguientes métodos:

• Método Racional

QConexiones ilícitas = CIA = Ci (%A) 350 360

Donde:

Q = Caudal (lts/seg)

C = Coeficiente de escorrentía, que depende de las condiciones del suelo y

topografía del área a integrar.

I = Intensidad de lluvia (mm/hr)

A = Área que es factible de conectar ( Ha)

• Debido a la poca información hidrológica de la región, el caudal por

conexiones ilícitas se calcula con la siguiente fórmula:

QConexiones ilícitas = Dotación ilícita * No. Habitantes 86400 segundos

Según la Municipalidad de Huehuetenango la dotación ilícita para

conexiones ilícitas es de 60 lts/hab/día.

QConexiones ilícitas = 60 lts/hab/día*840habitantes = 0.58 lts/seg. Actual

86400 segundos

QConexiones ilícitas = 60 lts/hab/día*1,563habitantes = 1.08 lts/seg. Futuro

86400 segundos

2.1.3.2.7 Factor de caudal medio

Una vez obtenido el valor de los caudales anteriormente descritos, se

procede a integrar el caudal medio (Qmed) del área que se va a drenar, que al

ser distribuido entre el número de habitantes, se obtiene un factor de caudal

medio (Fqm), el cual debe estar entre 0.002 a 0.005. Sí el cálculo del factor se

encuentra entre esos dos límites, se utiliza el calculado; en cambio, si es inferior

o superior, se utiliza el límite más cercano, según sea el caso. Este factor

presenta la desventaja que si no se está dentro del rango, se incurre en un

subdiseño o sobrediseño.

Qmed = Qdom + Qcom + Qind + Qcon.ilic +Qinf

Debido a que en la aldea no existen industrias o centros comerciales, el

caudal industrial y comercial es cero.

= 1.26 + 0 + 0 + 1.08 + 0.36

= 2.7 Its/seg

Fqm = Qmed

No.hab

Donde:

Qmed = Caudal medio

No. hab = Número de habitants

= 2.7

1,563

= 0.002; el cual está dentro del rango permisible de 0.002 a 0.005.

2.1.3.2.8 Caudal de diseño

Al caudal de diseño, también se le llama caudal máximo. Para realizar la

estimación de la cantidad de agua negra que transportará el alcantarillado en

los diferentes puntos donde ésta fluya, primero se tendrán que integrar los

valores que se describen en la fórmula siguiente:

QDiseño = No. Hab.* FH * Fqm

Donde:

No. Hab. = Número de habitantes acumulados

FH = Factor de Harmond

Fqm = Factor de caudal medio

Siguiendo con la población total actual y futura, se tiene:

QDiseño= 840 * 3.84 * 0.002 = 6.45 actual

QDiseño= 1563 * 3.66 * 0.002 = 11.44 futuro

2.1.3.2.9 Diseño de secciones y pendientes Para el diseño del alcantarillado sanitario, se debe contar con la información

correspondiente a los valores de la velocidad y caudal de la sección llena de la

tubería, que se está utilizando.

Para el cálculo de la velocidad, se emplea la siguiente fórmula: R = A/P V = R2/3 * S1/2 n R = Dinterno / 4

La anterior fórmula se conoce como la fórmula de Manning para canales

abiertos y cerrados.

Donde:

V = Velocidad en m/seg

R = Radio hidráulico en mts.

S = Pendiente de tubería

n = Coeficiente de rugosidad, el cual depende del material del que está hecho

el canal.

A = Área mojada en m2

P = Perímetro mojado en mts.

D = Diámetro interno en mts.

Tabla I. Coeficiente de rugosidad (n)

MATERIAL RUGOSIDAD

Superficie de mortero de cemento 0.011 – 0.030

Mampostería 0.017 – 0.030

Tubo de concreto Diam < 24” 0.011 – 0.016

Tubo de concreto Diam > 24” 0.013 – 0.018

Tubería de asbesto cemento 0.009 – 0.011

Tubería de PVC 0.006 – 0.011

El caudal que transportará está dado por la fórmula:

Q = A * V Q = Caudal a tubo lleno (lts/seg)

A = Área de la tubería (m2)

V = Velocidad a sección llena (m/seg)

La pendiente mínima de la tubería deberá adaptarse a la pendiente del

terreno.

En este proyecto por haberse usado tubería de concreto, la pendiente de la

tubería está regida por la velocidad de flujo mínima y máxima para dicho

material, el cual varía de 0.6 a 3 m/s

2.1.3.2.10 Velocidades máximas y mínimas

La velocidad de flujo está determinada por la pendiente del terreno, el tipo y

diámetro de la tubería que se utilice.

La velocidad del flujo debe estar comprendida entre el siguiente rango, para

evitar problemas de taponamiento y desgaste en la tubería que se utilice.

Tabla II. Velocidades máximas y mínimas

Tipo de tubería Velocidad mínima Velocidad máxima

Concreto 0.6 m/s 3 m/s

PVC 0.4 m/s 4 m/s

2.1.3.2.11 Cotas invert

Es la cota que determina la localización de la parte inferior interior de la

tubería.

Al diseñar el sistema de alcantarillado sanitario, se deben considerar los

siguientes aspectos que se refieren a las cotas invert de entrada y salida de las

tuberías en los pozos de visita:

• Cuando a un pozo de visita entra una tubería y sale otra del mismo

diámetro, la cota invert de salida estará, como mínimo, a 3 cms debajo

de la cota invert de entrada.

ØA = ØB C invert de salida = Cinvert de entrada + 0.03

• Cuando a un pozo de visita entra una tubería de un diámetro y salga otra

de diferente diámetro, la cota invert de salida estará, como mínimo,

debajo de la cota invert de entrada, igual a la diferencia de los diámetros

de la cota invert de entrada y salida.

ØA < ØB Cinvert de salida = Cinvert de entrada + (ØA – ØB)

• Cuando a un pozo de visita la tubería de salida es del mismo diámetro a

las que ingresan en él, la cota invert de salida mínima estará a 3 cms

debajo de la cota más baja que entre.

ØA = ØB = ØC = ØD Cinvert de salida = Cinvert de entrada + 0.03

• Cuando a un pozo de visita la tubería de salida es de diferente diámetro

a las que ingresan en éste, la cota invert de salida deberá cumplir con las

especificaciones anteriores y se tomará el valor menor.

Las cotas del terreno, al igual que los puntos de entrada y salida de la

tubería del alcantarillado, deben calcularse de la siguiente manera:

H min = Altura mínima que depende del tráfico que circule por las calles

CI = Cota invert inicial

CTi = Cota del terreno inicial

CTf = Cota del terreno final

CIS = Cota invert de la tubería de salida

CIE = Cota invert de la tubería de entrada

DH = Distancia horizontal

S% = Pendiente del terreno o tubería

Et = Espesor de la tubería

Ecuaciones para calcular cotas invert:

CTf = Cti – (DH * S% terreno)

S% = [CTi – CTf] * 100 DH CI = CT – (Hmin + Et + D tubo) CIE2 = CI – DH * S% tubo

CIS = Dependerá de las especificaciones de los pozos de visita CIE3 = CIS2 – DH * S% tubo

H pozo = CT - CIS Tabla III. Profundidad mínima de cota invert en cms

DIÁMETRO 8” 10” 12” 15” 18” 24”

TRAFICO NORMAL

122 128 134 140 149 165

TRAFICO PESADO

142 148 154 160 169 185

Para efecto del diseño se tomó una cota invert de inicio con una profundidad

de 1 metro, debido a que la mayor parte del sistema atraviesa terrenos donde

no hay carretera y por lo tanto no hay tránsito vehicular, en donde hay carretera

la pendiente es muy pronunciada por lo que tampoco es posible el tránsito

vehicular. Exceptuando el tramo que abarca el PV0 al PV1, PV2, PV12A y

PV12, en donde hay tránsito liviano, pero muy escaso.

CI = Cota terreno - Hmin CIE = CI – DH*S%tubería

2.1.3.2.12 Diámetro de tubería

El diámetro mínimo de tubería, que se utiliza para el diseño del

alcantarillado sanitario es de 8 pulgadas para tubería de cemento y 6 para

PVC; esto se debe a requerimiento de flujo, limpieza, con lo cual se evitan

obstrucciones el la tubería.

Para este proyecto se utilizó tubería de 8” y 10” de concreto.

2.1.3.2.13 Pozos de visita

Forman parte del sistema de alcantarillado, proporcionan acceso a éste, con

el fin de realizar trabajos de inspección y limpieza. Están construidos de

concreto o mampostería.

La forma como se construyen está establecida por algunas instituciones, que

tienen a su cargo las construcciones de sistemas de alcantarillas; un pozo de

visita está constituido por las siguientes partes:

Ingreso: es circular y tiene un diámetro que varía de 0.60 a 0.75 metros,

según criterio del diseñador; con una tapadera que descansa sobre un brocal,

ambos construídos de concreto reforzado, el pozo comienza en su parte

cilíndrica con un diámetro de 1.20 metros y termina en un cono con una altura

que varía de 0.60 a 1 metro, según criterio; la altura del cilindro dependerá de

la profundidad en la que se encuentre la alcantarilla.

Las paredes del pozo están impermeabilizadas por repello mas un cernido

liso; el fondo está construido de concreto, con la pendiente necesaria para que

corra el agua; para realizar la inspección o limpieza de pozos profundos, se

deben dejar escalones, los cuales serán de hierro y estarán empotrados a las

paredes del pozo.

En este proyecto para la construcción de los pozos de visita, se siguieron las

siguientes especificaciones:

• El ingreso será de 60 centímetros de diámetro.

• El cono tendrá una altura de 1 metro.

• El cilindro tendrá un diámetro 1.20 metros.

• La altura del cilindro será variable, dependiendo de la profundidad del

pozo.

• Los pozos se construirán de ladrillo tayuyo de punta..

• Los escalones serán de 45 de longitud, por 15 centímetros de ancho.

Figura 2. Dimensión de escalón 28 cm Hierro Ø 3/8” 5 cm 5 cm 45 cm

Figura 3. Partes de un pozo de visita

Base de concreto

Se colocarán pozos de visita en los siguientes casos:

• En el inicio de cualquier ramal

• En intersecciones de dos o más tuberías

• Donde exista cambio de diámetro

• En distancias no mayores de 100 metros

• En curvas, no mayores de 30 metros de longitud

• Alivio o cambio de pendiente

La profundidad del pozo de visita al inicio está definida por la cota invert de

salida previamente determinada.

HPV = Cota del terreno al inicio – Cota invert de salida del tramo + 0.25

Cono

Cilindro

Tapadera

Escalones

Tubería

Relleno

Relleno

Solera

Brocal

Debe considerarse que la cota invert mide la distancia del datum (abajo) al

punto en cuestión (arriba), mientras que la profundidad del pozo mide la

distancia de la superficie del terreno (arriba) a la superficie del fondo del pozo

(abajo). Así, una cota invert, menor indica mayor profundidad y una cota invert

mayor indica menor profundidad; en cambio, una profundidad de pozo menor es

realmente una profundidad menor y una profundidad de pozo mayor es

realmente una profundidad mayor. No se calcula la profundidad del pozo al final del tramo, pues éste es en

realidad el pozo al inicio del tramo, del tramo siguiente.

En el tramo del PV0 al PV0.1 la altura del pozo de visita será:

HPV = 400 – 399 + 0.25 = 1.25 m.

2.1.3.2.14 Conexiones domiciliares

Una conexión domiciliar es el tubo que lleva las agua servidas, desde una

vivienda o edificio a una alcantarilla común o a un punto de desagüe. En

colectores pequeños, es más conveniente una conexión en Y, ya que

proporciona una unión menos violenta de los escurrimientos, que la que se

conseguiría en condiciones en T. Sin embargo, la conexión en T bien instalada

es preferible a una conexión en Y mal establecida. Es conveniente que el

empotramiento con el colector principal se haga en la parte superior, para

impedir que las aguas negras retornen por la conexión doméstica, cuando el

colector esté funcionando a toda su capacidad.

La conexión domiciliar se hace por medio de una caja de inspección,

construida de mampostería o con tubos de cemento colocados en una forma

vertical (candelas), el lado menor de la caja será de 45 centímetros, si fuese

circular tendrá un diámetro no menor de 12 pulgadas, los cuales deben estar

impermeabilizados por dentro y tener una tapadera para realizar inspecciones.

La tubería entre la caja de inspección y el colector debe tener un diámetro no

menor a 6 pulgadas en tubería de concreto y 4 pulgadas en tubería de PVC, y

debe colocarse con una pendiente mínima del 2%. La conexión con la

alcantarilla central se hará en el medio diámetro superior, a un ángulo de 45

grados aguas abajo.

Figura 4. Conexiones domiciliares

Banqueta

Candela TC Ø 16”

Del domicilio TC Ø 6” 450

TC Ø6”

Colector principal

TC Ø 8” y 10”

2.1.3.2.15 Profundidad de tubería

La ubicación de la tubería debe hacerse a una profundidad, en la que no sea

afectada por las inclemencias del tiempo y por las cargas transmitidas por el

tránsito, para evitar rupturas en los tubos; la profundidad mínima recomendada

se presenta a continuación.

Para tráfico normal (menor a 200 quintales) = 1.00 metros Para tráfico pesado (mayor a 200 quintales) = 1.20 metros En este proyecto se utilizó 1 metro, debido a que el tránsito es liviano y

escaso.

2.1.3.2.16 Principios hidráulicos

Las alcantarillas basan su funcionamiento en transportar el agua de

desecho en conductos libres, que están en contacto con el aire, que se les

conoce como canales, cuyo flujo queda determinado por la pendiente del canal

y la superficie del material, del cual está constituido.

La sección del canal puede ser abierta o cerrada; en el caso de los

sistemas de alcantarillado, se emplean canales cerrados circulares, en donde la

superficie del agua está sometida a la presión atmosférica, y eventualmente a

presiones producidas por los gases que se forman en el canal.

2.1.3.2.17 Relaciones hidráulicas

Al realizar el cálculo de las tuberías que trabajan a sección parcialmente

llena, para poder agilizar de alguna manera los resultados de velocidad, área y

caudal, perímetro mojado y radio hidráulico, se relacionaron los términos de la

sección totalmente llena con los de la sección parcial, de los resultados

obtenidos se construyó la tabla siguiente.

Tabla IV. Relaciones hidráulicas

d/D a/A v/V q/Q d/D a/A v/V q/Q d/D a/A v/V q/Q 0.001 0.000054 0.019224 0.000001 0.076 0.034746 0.336751 0.011701 0.151 0.094971 0.518904 0.049281 0.002 0.000152 0.030507 0.000005 0.077 0.035423 0.339587 0.012029 0.152 0.095884 0.521011 0.049956 0.003 0.000279 0.039963 0.000011 0.078 0.036104 0.342408 0.012362 0.153 0.096799 0.523112 0.050637 0.004 0.000429 0.048396 0.000021 0.079 0.036789 0.345215 0.0127 0.154 0.097717 0.525206 0.051332 0.005 0.000599 0.056141 0.000034 0.08 0.037478 0.348007 0.013043 0.155 0.098637 0.527293 0.052011 0.006 0.000788 0.063377 0.00005 0.081 0.038171 0.350786 0.01339 0.156 0.09956 0.529374 0.052705 0.007 0.000992 0.070215 0.00007 0.082 0.038868 0.353551 0.013742 0.157 0.100485 0.531449 0.053403 0.008 0.001212 0.076728 0.000093 0.083 0.039568 0.356302 0.014098 0.158 0.101413 0.533517 0.054106 0.009 0.001446 0.08297 0.00012 0.084 0.040273 0.359039 0.014459 0.159 0.102343 0.535578 0.054813 0.01 0.001693 0.08898 0.000151 0.085 0.040981 0.361764 0.014825 0.16 0.103275 0.537633 0.055524

0.011 0.001952 0.094787 0.000185 0.086 0.041693 0.364475 0.015196 0.161 0.10421 0.539682 0.05624 0.012 0.002224 0.100417 0.000223 0.087 0.042409 0.367173 0.015571 0.162 0.105147 0.541725 0.056961 0.013 0.002506 0.105887 0.000265 0.088 0.043128 0.369859 0.015951 0.163 0.106087 0.543761 0.057686 0.014 0.0028 0.111215 0.000311 0.089 0.043851 0.372532 0.016336 0.164 0.107028 0.545792 0.058415 0.015 0.003105 0.116413 0.000361 0.09 0.044578 0.375193 0.016726 0.165 0.107972 0.547816 0.059149 0.016 0.003419 0.121493 0.000415 0.091 0.045309 0.377842 0.01712 0.166 0.108919 0.549834 0.059887 0.017 0.003744 0.126464 0.000473 0.092 0.046043 0.380479 0.017518 0.167 0.109867 0.551845 0.06063 0.018 0.004078 0.131335 0.000536 0.093 0.046781 0.383103 0.017922 0.168 0.110818 0.553851 0.01377 0.019 0.004421 0.136112 0.000602 0.094 0.047522 0.385717 0.01833 0.169 0.111772 0.555851 0.062128 0.02 0.004773 0.140803 0.000672 0.095 0.048267 0.388318 0.018743 0.17 0.112727 0.557845 0.062884

0.021 0.005134 0.145412 0.000746 0.096 0.049016 0.390908 0.019161 0.171 0.113685 0.559833 0.063644 0.022 0.005503 0.149945 0.000825 0.097 0.049768 0.393487 0.019583 0.172 0.114645 0.561815 0.064409 0.023 0.005881 0.154406 0.000908 0.098 0.050523 0.396055 0.02001 0.173 0.115607 0.563791 0.065178 0.024 0.006266 0.1588 0.000995 0.099 0.051282 0.398611 0.020441 0.174 0.116571 0.565762 0.065951 0.025 0.00666 0.163129 0.001086 0.1 0.052044 0.401157 0.020878 0.175 0.117537 0.567726 0.066729 0.026 0.007061 0.167398 0.001182 0.101 0.05281 0.403692 0.021319 0.176 0.118506 0.569685 0.067511 0.027 0.00747 0.171609 0.001282 0.102 0.053579 0.406216 0.021765 0.177 0.119477 0.571638 0.068298 0.028 0.007887 0.175765 0.001386 0.103 0.054351 0.40873 0.022215 0.178 0.12045 0.573586 0.069088 0.029 0.008311 0.179868 0.001495 0.104 0.055127 0.411234 0.02267 0.179 0.121425 0.575528 0.069883 0.03 0.008741 0.183921 0.001608 0.105 0.055906 0.413727 0.023123 0.18 0.122402 0.577464 0.070683

0.031 0.009179 0.187926 0.001725 0.106 0.056688 0.41621 0.023594 0.181 0.123382 0.579395 0.071487 0.032 0.009624 0.191885 0.001847 0.107 0.057473 0.418683 0.024063 0.182 0.124363 0.58132 0.072295 0.033 0.010076 0.1958 0.001973 0.108 0.058262 0.421146 0.024537 0.183 0.125347 0.58324 0.073107 0.034 0.010534 0.199672 0.002103 0.109 0.059054 0.423599 0.025015 0.184 0.126332 0.585154 0.073392 0.035 0.010999 0.203503 0.002238 0.11 0.059849 0.426042 0.025498 0.185 0.12732 0.587063 0.074745 0.036 0.01147 0.207295 0.002378 0.111 0.060648 0.428476 0.025986 0.186 0.12831 0.588966 0.07557 0.037 0.011947 0.211049 0.002521 0.112 0.061449 0.430901 0.026479 0.187 0.129302 0.590864 0.0764 0.038 0.012431 0.214766 0.00267 0.113 0.062254 0.433316 0.026976 0.188 0.130296 0.592756 0.077234 0.039 0.012921 0.218448 0.002823 0.114 0.063062 0.435721 0.027477 0.189 0.131292 0.594644 0.078072 0.04 0.013417 0.222095 0.00298 0.115 0.063873 0.438117 0.027984 0.19 0.13229 0.596526 0.078914

0.041 0.013919 0.225709 0.003142 0.116 0.064686 0.440505 0.028495 0.191 0.13329 0.598402 0.079761 0.042 0.014427 0.229291 0.003308 0.117 0.065503 0.442883 0.02901 0.192 0.134292 0.600274 0.080612 0.043 0.014941 0.232842 0.003479 0.118 0.066323 0.445252 0.029531 0.193 0.135296 0.60214 0.081467 0.044 0.01546 0.236362 0.003654 0.119 0.067146 0.447612 0.030056 0.194 0.136302 0.604001 0.082326 0.045 0.015985 0.239853 0.003834 0.12 0.067972 0.449964 0.030585 0.195 0.13731 0.605857 0.08319 0.046 0.016516 0.243315 0.004019 0.121 0.068801 0.452307 0.031119 0.196 0.13832 0.607708 0.084058 0.047 0.017052 0.246749 0.004208 0.122 0.069633 0.454641 0.031658 0.197 0.139331 0.609553 0.08493 0.048 0.017594 0.250157 0.004401 0.123 0.070468 0.456967 0.032202 0.198 0.140345 0.611394 0.085806 0.049 0.018141 0.253537 0.004599 0.124 0.071306 0.459284 0.03275 0.199 0.141361 0.61323 0.086687 0.05 0.018693 0.256893 0.004802 0.125 0.072147 0.461593 0.033302 0.2 0.142378 0.61506 0.087571

0.051 0.019251 0.260223 0.005009 0.126 0.07299 0.463893 0.03386 0.201 0.143398 0.616886 0.08846

La utilización de esta tabla, se hace determinando primero la relación (q/Q);

el valor se busca en las tablas, y si no está el valor exacto, se busca uno que

sea aproximado; en la columna de la izquierda se ubica la relación (v/V), y de la

misma forma; se debe multiplicar el valor obtenido por la velocidad a sección

llena, para obtener la velocidad a sección parcial.

Se deben considerar las siguientes especificaciones hidráulicas:

qdiseño <Qlleno

La velocidad debe de estar comprendida entre:

0.60 ≤ v ≤ 3.00 (m/seg) 0.60 ≤ v. Para que existan fuerzas de atracción y arrastre de los sólidos.

V ≤ 3.00. Para evitar deterioro de la tubería, debido a la fricción producida por

velocidad y la superficie de la tubería.

El tirante debe estar ente:

0.10 ≤ d/D ≤ 0.75

Con los anteriores parámetros, se evita que la tubería trabaje a presión.

2.1.3.2.18 Diseño de la red de alcantarillado

Utilizando todos los principios y fórmulas anteriores, se procedió a efectuar

los cálculos necesarios para el diseño de la red de alcantarillado.

Para ejemplificar el proceso del cálculo hidráulico, se escogió el tramo del

pozo de visita PV0 al pozo de visita PV0.1, de donde se obtienen los siguientes

datos:

• Población actual y futura:

Po = 12 casas x 6 hab/casa = 72 habitantes

r = 3%

n = 21 años

Aplicando las fórmula del método, se obtiene:

Pf = 72 (1+ 0.03 )21 = 133 habitantes

• Factor de Harmond:

En el caso del tramo entre el PV0 y el PV0.1, donde la población actual es

de 72 habitantes y la futura a 21 años será aproximadamente de 133, el factor

de Harmond será:

F.H.= 18 + √72/1000 = 4.28 actual

4 + √72/1000

F.H.= 18 + √133/1000 = 4.21 futuro

4 + √133/1000

• Caudal domiciliar:

Qdom = Dotación * No.habitantes * Factor de retorno 86400 segundos


86400

= 0.058 Its/seg. actual


86400

= 0.11 lts/seg. Futuro

• Caudal de infiltración:

Qinf = (Dotación de infiltración x (long. Tub. + No. casas * 6 metros)/1000) 86,400 seg

= 14,000 It/km/día x (64m de tubería + 12 casas * 6 m) / 1000)

86400 seg

= 0.022 Its/seg.

• Caudal por conexiones ilícitas

QConexiones ilícitas = Dotación ilícita * No. Habitantes 86400 segundos

Según la Municipalidad de Huehuetenango la dotación ilícita para

conexiones ilícitas es de 60 lts/hab/día.

QConexiones ilícitas = 60 lts/hab/día*72habitantes = 0.05 lts/seg. Actual

86400 segundos

QConexiones ilícitas = 60 lts/hab/día*133habitantes = 0.09 lts/seg. Futuro

86400 segundos

• Factor de caudal medio

Fqm = Qmed

No.hab

Qmed = Qdom + Qcom + Qind + Qcon.ilic +Qinf

= 0.11 + 0 + 0 + 0.09 + 0.022

= 0.282 Its/seg

Fqm= Qmed

No. hab

= 0.222

133

= 0.002; el cual está dentro del rango permisible de 0.002 a 0.005.

• Caudal de diseño

QDiseño = No. Hab.* FH * Fqm

QDiseño= 72 * 4.28 * 0.002 = 0.62 actual

QDiseño= 133 * 4.21 * 0.002 = 1.12 futuro

• Cota invert

Para efecto del diseño se tomó una cota invert de inicio con una profundidad

de 1 metro debido al tránsito.

CI = Cota terreno - Hmin CI = 400 – 1 = 399

CIE = CI – DH*S%tubo

CIE = 399 – 62.8*0.025 = 397.43

2.1.4 Presupuesto del proyecto El presupuesto se elaboró bajo el esquema que utiliza la Municipalidad de

Huehuetenango, en el que únicamente se toman en cuenta los costos directos,

dado a que los costos indirectos son incluidos en sus costos fijos operativos

municipales.

La cuantificación de materiales y mano de obra para los trabajos se basó en

los siguientes principios:

• Los rendimientos de mano de obra se tomaron, de acuerdo con la

experiencia en proyectos de drenaje ejecutados por la Municipalidad.

• Se utilizaron los costos de mano de obra manejados en el Departamento

de Planificación de la Municipalidad del Municipio de Huehuetenango.

• Se utilizaron los precios de materiales manejados en el Departamento de

Planificación de la Municipalidad.

• La mano de obra calificada de la Municipalidad consistirá en maestro de

obra, bodeguero, planillero y albañiles.

• El concreto para la fundición de pozos se calculó por metro cúbico.

• La totalidad de materiales será local y será proporcionado por la

Municipalidad.

• La mano de obra será proporcionada por la Municipalidad, por lo cual el

tiempo de ejecución y monto de mano de obra puede variar.

• El valor de los materiales de las conexiones domiciliares, así como la

excavación correrán a cargo de los usuarios.

Tabla V. Resumen del presupuesto del sistema de alcantarillado sanitario

HOJA DE COSTOSPROYECTO: DRENAJE DE AGUAS NEGRAS

DIRECCIÓN: ALDEA "LO DE HERNÁNDEZ" COSTO X COSTO

No. ACTIVIDAD CANTIDAD UNIDAD UNIDAD TOTAL

I POZOS DE VISITACEMENTO 5,000 PSI 590 SACOS 50.00Q 29,500.00Q ARENA DE RIO 75 M3 130.00Q 9,750.00Q PIEDRIN 43 M3 150.00Q 6,450.00Q HIERRO DE 1/4" COMERCIAL 7.5 QUINTALES 260.00Q 1,950.00Q HIERRO DE 3/8" COMERCIAL 19 QUINTALES 260.00Q 4,940.00Q HIERRO DE 1/2" COMERCIAL 48 QUINTALES 260.00Q 12,480.00Q

ALAMBRE DE AMARRE 200 LIBRAS 6.00Q 1,200.00Q LADRILLO TAYUYO 37,917 UNIDADES 2.20Q 83,417.40Q

SUB-TOTAL 149,687.40Q II MATERIALES PARA COLOCACIÓN DE TUBERIA DE 8"

CEMENTO 5,000 PSI 88 SACOS 50.00Q 4,400.00Q ARENA DE RIO 11 M3 130.00Q 1,430.00Q LADRILLO TAYUYO 168 UNIDADES 2.20Q 369.60Q

SUB-TOTAL 6,199.60Q III MATERIALES PARA COLOCACION DE TUBERIA DE CONCRETO DE 10"

CEMENTO 5,000 PSI 24 SACOS 50.00Q 1,200.00Q ARENA DE RIO 3 M3 130.00Q 390.00Q LADRILLO TAYUYO 48 UNIDADES 2.20Q 105.60Q

SUB-TOTAL 1,695.60Q IV TUBERIA

TUBERIA DE CEMENTO 8" 1095 UNIDADES 35.00Q 38,325.00Q TUBERIA DE CEMENTO DE 10" 288 UNIDADES 45.00Q 12,960.00Q CLAVO 10 LIBRAS 3.50Q 35.00Q ALAMBRE DE AMARRE 10 LIBRAS 6.00Q 60.00Q

SUB-TOTAL 51,380.00Q V BODEGA

LAMINA DE 12 PIES 34 UNIDADES 48.00Q 1,632.00Q PARAL DE 4" X4" X 10' 1 DOCENA 700.00Q 700.00Q REGLA DE 2" X 3" X 10' 1 1/2 DOCENAS 400.00Q 600.00Q CLAVO DE 5 PARA MADERA 10 LIBRAS 4.00Q 40.00Q CLAVO DE LAMINA 15 LIBRAS 5.00Q 75.00Q

SUB-TOTAL 3,047.00Q VI HERRAMIENTA

PIOCHAS CON CABO CORNETA 10 UNIDADES 75.00Q 750.00Q PALAS CORNETA 10 UNIDADES 65.00Q 650.00Q BARRAS 3 UNIDADES 70.00Q 210.00Q CUBETAS CONCRETERAS 10 UNIDADES 15.00Q 150.00Q CARRETAS 4 UNIDADES 180.00Q 720.00Q MANGUERA DE 100' 2 UNIDADES 100.00Q 200.00Q COBAS 6 UNIDADES 45.00Q 270.00Q AZADONES 10 UNIDADES 50.00Q 500.00Q TONELES 4 UNIDADES 180.00Q 720.00Q SEDAZO 3 YARDAS 15.00Q 45.00Q

SUB-TOTAL 4,215.00Q VII MANO DE OBRA1 ENCARGADO 40 SEMANAS 372.48Q 14,899.20Q 4 ALBAÑILES 40 SEMANAS 297.48Q 47,596.80Q 8 AYUDANTES 40 SEMANAS 247.48Q 79,193.60Q 1 BODEGUERO 40 SEMANAS 247.48Q 9,899.20Q

SUB-TOTAL 151,588.80Q

PRESTACIONES LABORALES 33% 50,024.30Q

CUOTA LABORAL Y PATRONAL 10% 16,174.52Q

IMPREVISTOS DEL 10% 43,401.22Q

SUMA TOTAL 477,413.44Q

2.2 Diseño del puente vehicular aldea El Terrero

2.2.1 Generalidades El proyecto tiene como fin primordial cruzar el río Selegua, el cual atraviesa

la carretera que, comunica las aldeas El terrero y Zaculeu Ruinas.

Se diseñará un puente vehicular de una vía, de 24 m por 3.6 m de ancho y

banquetas laterales de 0.80 m.

El puente estará conformado por una superestructura de concreto armado;

consistente en losa plana, 2 banquetas, 2 vigas principales y 4 diafragmas.

La subestructura estará conformada por estribos de concreto ciclópeo con

sus respectivas zapatas; además cuenta con cortinas y vigas de apoyo de

concreto armado.

Para el diseño de los diferentes elementos se aplicarán las normas AASHTO

y ACI, utilizando la teoría del esfuerzo último.

Teniendo en cuenta que el ancho de la carretera varía de 4 a 4.5 m y que la

accesibilidad al sitio no es muy buena, el tipo de carga esperada será el de un

camión de dos ejes, tipo H –15 – 44.

2.2.2 Cálculo de caudales máximos para el diseño del puente

En el diseño de un puente se debe considerar la creciente máxima;

generalmente se coloca la superestructura dos metros arriba de la creciente

máxima.

Para el cálculo del caudal que pueda tener un río, existen varios métodos,

entre los cuales tenemos: Aforo directo con molinete, vertederos, volumétrico,

aforo químico, sección – pendiente, racional, etc.

En el presente proyecto se utilizó el método de sección – pendiente, el

cual se describe a continuación.

2.2.2.1 Método 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 y a la búsqueda

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 A1 = (d1 / 2 + d2 / 2) * H1 d1= 3 m H1= 0.70 m A2 = (d2 / 2 + d3 / 2) * H2 d2= 2 m H2= 1 m AT = A1 + A2 d3= 2 m

Luego se obtiene el valor de la velocidad “V” por medio de la fórmula de

MANNING:

V = 1 / N * R2/3 * S1/2

Donde: V = Velocidad (m/s)

R = Radio hidráulico S = Pendiente N = Coeficiente de rugosidad

Para obtener la pendiente se recurrió a los datos del levantamiento

topográfico.

Los datos obtenidos en campo dieron como resultado:

Pendiente para el caudal máximo = 1.5%

Altura de crecida = 1.0 m

Área de desalojo = 3.75 m2

Coeficiente de rugosidad = 0.04

Perímetro mojado = 8 m

Cálculos:

R = A / PM = 3.75 / 8 = 0.47 m

V = 1 / 0.04 * (0.47)2/3 * (0.015)1/2 = 1.85 m/s

Q = V * A = 1.85 * 3.75 = 6.94 m3/s

El caudal obtenido servirá para determinar la altura mínima del Puente.

Altura mínima de Puente = 2.90 m

2.2.3 Levantamiento topográfico

El levantamiento topográfico es una herramienta indispensable en el diseño

de puentes, ya que esto permite representar gráficamente los posibles puntos

de ubicación de la obra y la geometría de las partes del puente.

Se realizaron los levantamientos siguientes:

• Planimétrico, utilizando el método de conservación del azimut.

• Altimétrico, utilizando una nivelación simple.

Con la información obtenida se procedió a dibujar el eje y las secciones

transversales (ver figura 30).

2.2.4 Evaluación de la calidad del suelo

Debido a la falta de recursos de la municipalidad, no fue posible realizar los

ensayos correspondientes para determinar la calidad del suelo; por lo que se

recurrió a una observación de campo, acompañada de una perforación; de lo

cual se dedujo que el suelo es de tipo arenoso con pequeñas cantidades de

tierra o arcilla.

Con base a lo anterior se asumió un valor soporte de 15,000 y 16,000 kg/m2,

esto debido a que en un extremo del puente, el terreno es mas resistente, ya

que el terreno está mas compactado.

La cota de cimentación se estableció a 3 m del nivel del suelo natural.

2.2.5 Diseño estructural

2.2.5.1 Datos de diseño

Los datos y bases de diseño son las siguientes:

Sobrecarga H –15 – 44

Ancho útil 3.60 m

Luz útil 24 m

Resistencia del concreto Fć = 210 kg / cm2

Resistencia del acero Fy = 2,810 kg / cm2

Peso del concreto ciclópeo Wcc = 2,500 kg / cm2

Peso del concreto armado Wc = 2,400 kg / cm2

Valor soporte del suelo 15,000 y 16,000 kg / m2

Ancho total 5.20 m

Figura 6. Elevación de puente 24 m 0.05 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 2.15 0.05

0.90

1.00 m 1.70 Viga principal 0.40

8.50 m

2.00

Estribo Estribo

2.50

Zapata Zapata 0.50

0.50 4.00 0.50 0.50 4.00 0.50

5.00 m 5.00 m

2.2.5.2 Diseño de la superestructura

La superestructura estará compuesta por: losa de rodadura, 2 vigas

principales, 2 diafragmas interiores y 2 diafragmas exteriores y banquetas

laterales.

Figura 7. Geometría de la superestructura

Luz libre entre vigas

Ancho útil

La sección de las vigas principales se determina basándose en la luz de las

mismas, es decir la longitud total del puente, se recomienda un peralte no

menor que L / 16 y la base no deberá ser menor que el peralte sobre 3.5.

Peralte = L / 16 = 24 / 16 = 1.47 m

Base = Peralte / 3.5 = 1.5 / 3.5 = 0.43 m

Por criterio personal las dimensiones serán:

Peralte = 1.5 m

Base = 0.5 m

Figura 8. Geometría final de la superestructura

0.80 0.45 0.50 1.70 0.50 0.45 0.80

2.6 m 2.6 m

2.2.5.3. Diseño de losa

2.2.5.3.1 Cálculo de peralte

Según especificación AASHTO 8.9.2. para losas con refuerzo principal

perpendicular a la dirección del tránsito se recomienda:

T = 1.2 ( L + 3.05 ) / 30 ≥ 0.17 m

Donde:

T = espesor

L = luz libre entre vigas

T = 1.2 ( 1.7 + 3.05 ) / 30

T = 0.19 m

Se utilizará un espesor de 20 cm.

2.2.5.3.2 Cálculo de momentos

Los momentos que se analizarán son: momento por carga muerta,

sobrecarga e impacto; obteniendo con ellos el momento total, con el cual se

procederá posteriormente al cálculo del refuerzo.

2.2.5.3.2.1 Momento debido a la carga muerta

El momento debido a la carga muerta se obtiene por medio de la siguiente

fórmula:

Mcm = Wcmu * L2 / 10

Donde:

Wcmu = carga muerta última


Mcm = momento debido a carga muerta

Figura 9. Diagrama de carga muerta Wmt

Wcmu = Wc * T * 1 = 2,400 * 0.20 * 1 = 480 kg / m de ancho Wcmu = 1.4 * 480 = 672 kg / m de ancho Mcm = 672 * 1.72 / 10 = 194.20 kg – m

2.2.5.3.2.2 Momento debido a la sobrecarga

Según especificación AASHTO 3.24.3 caso A, para refuerzo principal

perpendicular a la dirección del tráfico, el momento por carga viva esta dado

por:

Mcv = ( S + 0.6 ) / 9.75 * P

Donde:

S = luz libre entre vigas

P = peso total de sobrecarga de camión

De acuerdo a la sobrecarga utilizada se tiene:

Figura 10. Sobrecarga, camión Standard H – 15 – 44 0.1 W 0.4 W

W = 15 ton 1.8 m

0.1 W 0.4 W

Corte máximo W = brazo * Wsobrecarga W = 0.4 * 5,450 kg = 2,180 kg

Carga actuante P = W * 1.7

P = 2,180 * 1.7 = 3,706 kg

Mcv = ( 1.7 + 0.6 ) / 9.75 * 3,706 = 874.24 kg – m

2.2.5.3.2.2 Momento debido al impacto

El momento debido al impacto está especificado como una fracción de la

carga viva y puede determinarse por la fórmula AASHTO 1.2.12. grupo C:

I = 15 / ( L + 38 )

Donde:

I = fracción de impacto, siendo Imáx = 30%

L = longitud del tramo donde la carga produce el máximo esfuerzo

I = 15 / (1.7 + 38) = 0.38 > 0.3 por lo tanto se usará 0.3

MI = I * Mcv

Donde:

MI = momento debido al impacto

I = fracción de impacto

Mcv = momento debido a la carga viva

MI = 1.3 * 874.24 = 1,136.51 kg – m

2.2.5.3.2.3 Momento total

El momento total se obtiene con la siguiente fórmula:

Mt = 1.3[Mcm + 5/3(Mcv * I) ]

Mt = 1.3[194.20 + 5/3(874.24 * 1.3) ] = 2,714.90 kg – m

2.2.5.3.3 Cálculo de refuerzo

2.2.5.3.3.1 Refuerzo transversal cama inferior

Se utilizará la siguiente fórmula:

As2 fy2 - As fy d + Mu = 0

1.7fć b Φ

Donde:

b = 100 cm

d = 17.5 cm

Mu = 2,714.90 kg – m

fć = 210 kg / cm2

fy = 2,810 kg / cm2

Φ= 0.9

Lo cual da como resultado un As = 6.31 cm2

Determinando el Asmin y Asmax se verificará si el As está en el rango. Según

norma ACI se tiene:

Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy

Asmax = 0.5 * ρb * b * d

ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) )

Donde:

b = 100 cm

d = 17.5 cm

fy = 2,810 kg / cm2

fć = 210 kg / cm2

β = 0.85

Lo cual da como resultado:

ρmin = 0.005

As min = 8.78 cm2

ρb = 0.0369

ρ max = 0.01847

As max = 32.33 cm2

Como el área de acero es menor que el área de acero mínimo, utilizar

Asmin = 8.78 cm2

Utilizando varilla No. 4, el armado quedará distribuido de la siguiente

manera:

No. 4 @ 14 cm, en sentido perpendicular al tráfico.

2.2.5.3.3.2 Refuerzo longitudinal cama superior e inferior

Según especificación AASHTO 3.24.10.1, se coloca área de acero para

suministrar distribución lateral de las cargas vivas concentradas, ubicándolo

transversalmente a la dirección del refuerzo principal en todas las losas.

Se utilizará la siguiente fórmula:

% = 121 / √L

Donde:


El % deberá ser ≤ 67%.

% = 121 /√1.7 = 92.8 %

Como no cumple la condición, utilizar 67%.

El acero por repartición se determina multiplicando el porcentaje calculado

por la cantidad de acero por flexión, con una distribución proporcional en el

área equivalente a L / 2 al centro de la sección, en los extremos con una

longitud igual a L / 4, se coloca como refuerzo el 50% del área de acero de L /2.

As rep = % * As

As rep = 0.67 * 8.78 = 5.88 cm2

Utilizando refuerzo No.3, el armado quedará distribuido de la siguiente

manera:

No.3 @ 10 cm.

2.2.5.3.3.3 Refuerzo transversal cama superior

Según especificación AASHTO 8.20.1, el área total de refuerzo suministrado

será al menos de 2.64 cm2 / m.

El refuerzo por temperatura se calcula con la siguiente fórmula:

As Temp. = 0.002 * b * T

As temp = 0.002 * 100 * 20 = 4 cm2 > 2.64 cm2 OK.

Utilizando refuerzo No.3, el armado quedará distribuido de la siguiente

manera:

Colocar No. 3 @ 15 cm, en la cama superior.

Figura 11. Armado de losa No. 3 @ 15 cm

No. 3 @ 10 cm No.4@ 14 cm No. 3 @ 10 cm

2.2.5.4 Diseño de acera

2.2.5.4.1 Cálculo de momento

Para el cálculo del momento se debe de determinar la carga producida por el

peso propio de la acera; con lo cual se tiene:

Se asumió un espesor de 15 cms.

Carga muerta:

Wacera = T * L * Wc = 0.15 * 0.80 * 2,400 = 288 kg / m

Wposte = 0.20 * 0.20 * 2,400 = 96 kg / m

Wcm = Wacera + Wposte = 288 + 96 = 384 kg / m

Wcmu = 1.4 * Wcm = 1.4 * 384 = 537.6 kg / m

Carga viva:

Wbaranda (v) = 149 kg / m

Wbaranda (H) = 447.27 kg / m

Wviva = 300 kg / m

Wcv = 896.27 kg / m

Wcvu = 1.7 * Wcv = 1.7 * 896.27 = 1,523.66 kg / m

Carga total :

Wt = Wcmu + Wcvu = 537.6 + 1,523.66 = 2,061.26 kg / m

Para el cálculo del momento se aplica la siguiente fórmula:

M = Wt * L2 / 2

M = 2,061.26 * 0.82/2

M = 659.60 kg – m

2.2.5.4.2 Refuerzo transversal cama inferior

Se utilizaran las siguientes fórmulas:


1.7fć b Φ Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy Asmax = 0.5 * ρb * b * d ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) ) Donde:

b = 100 cm fy= 2,810 kg / cm2 β= 0.85 Mu= 659.60 kg – m

d = 12.5 cm fć = 210 kg / cm2 Ø= 0.9

Sustituyendo valores se obtiene:

As = 2.11 cm2

As min = 6.27 cm2

As max = 23.08 cm2

Como el área de acero es menor que el área de acero mínima, entonces se

usará el área de acero mínima.

Utilizando refuerzo No. 4, el armado quedará de la siguiente manera:

No. 4 @ 20 cms.

2.2.5.4.3 Refuerzo longitudinal cama inferior y superior

Para el cálculo del refuerzo longitudinal se utiliza la siguiente fórmula:

As = 67% * As transversal

As = 0.67 * 6.27 = 4.20 cm2

Utilizando refuerzo No. 4, el armado quedará de la siguiente forma:

No. 4 @ 30 cms.

2.2.5.4.4 Refuerzo transversal cama superior

Para el cálculo de acero por temperatura, se utilizó la siguiente fórmula:

As temp. = 0.002 * b * T

As temp = 0.002 * 100 * 15 = 3 cm2

Usar No.3 @ 20 cms.

Figura 12. Armado de acera No. 3 @ 20 cm

No. 4 @ 30 cm No.4@ 20 cm No. 4 @ 30 cm

2.2.5.5 Diseño de barandal

El barandal estará compuesto por postes de concreto armado colocados a

3 m de separación, y los barandales de tubo de hierro galvanizado de Φ3”.

Figura 13. Dimensiones de barandal

0.20 m

0.20m

0.20m

Tubo Hg Φ 3”

0.25m 0.85 m

0.30m

0.10m acera

El armado del poste, será de la siguiente manera:

Se utilizarán 4 varillas No. 3, con estribo No.2 @ 15 cms.

2.2.5.6 Diseño de vigas principales

2.2.5.6.1 Peralte y base

Debido al predimensionamiento de la sección de viga, se establecieron las

dimensiones siguientes:

Peralte = 1.5 m

Base = 0.5 m

2.2.5.6.2 Cálculo de momentos

2.2.5.6.2.1 Momento por sobrecarga

Según especificación AASHTO, puesto que la separación entre rostros de

vigas, S = 1.7 m < 1.80 m, que es el espaciamiento entre llantas del camión;

entonces la carga sobre cada viga será la reacción de las cargas por rueda.

Figura 14. Diagrama de posición de cargas para momentos 1.80 m

2.6 m 2.6 m

La fracción de la carga de la rueda que absorbe cada viga es:

S / 1.75

Donde, S es la separación máxima entre vigas.

Fracción de carga = S / 1.75 = 1.7 / 1.75 = 0.97

Cálculo de carga por rueda:

Carga rueda trasera = 0.4*Wcamion*fracción de carga* factor de carga última Carga rueda trasera = 0.4 * 5,450 * 0.97 * 1.7 = 3,594.82 kg

Carga rueda delantera = 0.1 * W * fracción de carga * factor de carga última

Carga rueda delantera = 0.1 * 5,450 * 0.97 * 1.7 = 898.71 kg

Los momentos máximos debidos a la sobrecarga se calculan, conforme al

siguiente diagrama de cargas:

Figura 15. Diagrama de cargas para obtener momentos máximos CG=4,493.53 kg a 3,594.82 kg a 898.71 kg

Ra a’ Rb’ Rb 4.25 m

Analizando por estática el diagrama de cargas anterior, se obtiene el valor

de a’ y de a.

ΣMb’ = 0 +

-3,594.82 (4.25) – 4,493.53 (a’) = 0

a’ = 3.4 m

2a + 0.85 = 24

a = 11.58 m

Figura 16. Diagrama de cargas para obtener momento máximo por sobrecarga CG a=11.58m 3,594.82 kg a= 11.58 m 898.71 kg

Ra 0.85m a’= 3.4m Rb

11.58m 4.25 m 8.18 m

Analizando por estática el diagrama anterior, se determina el valor de Ra,

para obtener el momento máximo por sobrecarga.

ΣMb = 0 +

Ra (24) = 3,594.82(12.43) + 2,473.5 (8.18)

Ra = 2,704.87 kg

Mmáx = Ra * Brazo

Mmáx = 2,704.87 * 11.15

Mmáx = 30,159.28 kg – m

De la misma forma se analiza la viga a 6 m del apoyo, variando únicamente

la posición de la sobrecarga.

Figura 17. Diagrama de cargas para obtener momento a 6 m del apoyo

3,594.82 kg 898.71 kg

Ra Rb

6 m 4.25 m 13.75 m

Analizando por estática el diagrama anterior, se determina Ra para calcular

el momento a 6 m del apoyo.

ΣMb = 0 +

Ra (24) = 3,594.82 (18) + 898.71 (13.75)

Ra = 3,211 kg

M6m = Ra * Brazo

M6m = 3,211 * 6 = 19,266 kg – m

2.2.5.6.2.2 Momento debido al impacto

Del concepto de impacto mencionado anteriormente se tiene:

I = 15 / ( L + 38 ) L = separación entre apoyos de vigas

I = 15 / 24 + 38 = 0.24 Imáx = 30% Como el factor de impacto es menor a 0.3, se utilizó 0.24.

Mmáx = I * Mmáx. por sobrecarga

Mmáx = 0.24 * 30,159.28

Mmáx = 7,238.22 kg – m

También se debe calcular el momento a 6 m del apoyo.

Mmáx a 6m = I * M6m

Mmáx a 6m = 0.24 * 19,266 = 4,623.84 kg – m

2.2.5.6.2.3 Momento por carga muerta

El momento debido a la carga muerta, es la sumatoria de todas las cargas

que actúan en la viga.

W losa = 1 * 0.2 * 2,400 = 480 kg / m

W acera = 0.15 * 0.8 * 2,400 = 288 kg / m

W viga = 0.5 * 1.5 * 2,400 = 1,800 kg / m

Wcm = 2,568 kg / m

Cmu = 1.4 * ΣCm Cmu = 1.4 * 2,904 = 4,065.6 kg / m

El momento máximo y el momento a 6 m del apoyo, se calculan respecto al

siguiente diagrama de cargas.

Figura 18. Diagrama de carga muerta W = 4,065.6 kg

24 m Ra Rb Analizando por estática, se obtiene la reacción Ra: ΣMb = 0 +

24Ra – 4,065.6 (24) (12) = 0

Ra = 48,787.2 kg

Una vez determinada la reacción, se obtiene la ecuación de momentos:

M = 48,787.2 X – 4,065.6 X2 2

Sustituyendo valores en la ecuación de momentos, se encuentra el momento

máximo y el momento a 6 m del apoyo:

Mmáx = 292,723.2 kg – m

M6m = 219,542.4 kg – m

2.2.5.6.2.4 Momento total El momento total máximo se obtiene sumando los momentos actuantes en la

viga:

Mt máx = Msobrecarga + Mpor impacto + Mcarga muerta

Mt máx = 30,159.28 + 7,238.22 + 292,723.2 = 330,120.7 kg – m

Mt 6m = 19,266 + 4,623.84 + 219,542.4 = 243,432.24 kg – m

2.2.5.6.3 Cálculo de refuerzo Para el cálculo del refuerzo en el centro de la viga se tiene:

M = 330,120.7 kg – m Φ= 0.9 fy= 2,810 kg/cm2

b = 50 cm β= 0.85

d = 143.5 cm f’c= 210 kg/cm2


1.7fć b Φ Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy Asmax = 0.5 * ρb * b * d ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) ) Sustituyendo valores en las fórmulas anteriores, da como resultado:

As = 102.48 cm2

As min = 36 cm2

As max = 132.52 cm2

Como As min < As < As máx OK

Se colocó refuerzo adicional igual a 0.25 plg2 por pie de alto = 8 varillas No. 5.

Figura 19. Detalle de armado al centro de viga

8 No. 8

8 No. 5

Est. No.3@ 30 cm

5 No. 10

10 No.10

Para el refuerzo a 6 m del apoyo se tiene: M = 243,432.24 kg – m Φ= 0.9 fy= 2,810 kg/cm2

b = 50 cm β= 0.85

d = 143.5 cm f’c= 210 kg/cm2

As2 fy2 - As fy d + Mu = 0 1.7fć b Φ Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy

Asmax = 0.5 * ρb * b * d ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) ) Sustituyendo valores en las fórmulas anteriores, da como resultado:

As = 72.9 cm2

As min = 36 cm2

As max = 132.52 cm2

Como As min < As < As máx OK

Figura 20. Detalle de armado a 6 m del apoyo de la viga 8 No. 8

8 No. 5

Est. No.3@ 30 cm

10 No.10

2.2.5.6.4 Diseño a corte

2.2.5.6.4.1 Esfuerzo por carga muerta

Es el esfuerzo cortante máximo, se obtiene en los apoyos y se calcula por

medio de la siguiente fórmula:

Vmáx = W * L / 2 +ΣP/2 P = peso de diafragma

Vmáx= 4,065.6 * 24 / 2 + 4,896= 53,683.2.2 kg

Para obtener el diagrama de corte real se analiza la viga a 6 m y a 12 m del

apoyo y se calcula de la siguiente manera:

V6m= 4,065.6 * 6 = 24,393.6 kg

V12m = 4,065.6 * 0 = 0 kg

2.2.5.4.4.1. Esfuerzo por sobrecarga

El esfuerzo por sobrecarga se calcula por medio de la reacción que la

estructura tiene cuando el camión esta ingresando al puente.

Figura 21. Diagrama de cargas para obtener corte máximo 3,594.82 kg 898.71 kg

Ra Rb

4.25 m 19.75 m

Analizando por estática, se obtiene la reacción Ra:

ΣMb = 0 +

24Ra – 3,594.82 (24) – 898.71 (19.75) = 0

Ra = 4,334.38 kg

Ra = Vmáx = 4,334.38 kg

Figura 22. Diagrama de cargas para obtener corte a 6 m del apoyo

3,594.82 kg 898.71 kg

Ra Rb

4.25 m 13.75 m 6m

Analizando por estática el diagrama anterior, se determina el corte a 6 m y a

12 m del apoyo.

V6m = 898.71 * 13.75 + 3,594.82 * 18 = 3,211 kg

24

V12m = 898.71 * 7.75 + 3,594.82 * 12 = 2,087.62 kg

24

2.2.5.6.4.1 Esfuerzo debido al impacto

Se tomará como coeficiente de impacto I = 24% y se le aplicará a los

esfuerzos obtenidos por sobrecarga.

VI máx = 0.24 * 4,334.38 kg = 1,040.25 kg

VI 6m = 0.24 * 3,211 kg = 770.64 kg

VI 12 m = 0.24 * 2,087.62 kg = 501.03 kg

2.2.5.6.4.1 Esfuerzos cortantes totales

Los esfuerzos cortantes totales, son la sumatoria de todos los esfuerzos

actuantes en la viga.

Vt máx = 53,683.2 + 4,334.38 + 1,040.25 = 59,057.83 kg

Vt 6m = 24,393.6 + 3,211 + 770.64 = 28,375.24 kg

Vt 12m = 0 + 2,087.62 + 501.03 = 2,588.65 kg

2.2.5.6.5 Cálculo de refuerzo Figura 23. Diagrama de corte real 59,057.83 kg

28,375.24 kg

2,588.65 kg

6m 6m

Con base en el diagrama de corte real, y con la siguiente fórmula, se calcula

la fuerza última de resistencia del concreto a corte:

Vrc = 0.85 *0.53 * √f’c * b * d

Vrc = 0.85 * 0.53 * √210 * 50 * 143.5 = 46,841.02 kg

Figura 24. Diagrama de corte de diseño 59,057.83 kg

46,841.02 kg 28,375.24 kg

Área de

confinamiento 2,588.65 kg

3.45m 2.55m 6m

Por medio del diagrama de corte de diseño 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

Vs = 59,057.83 – 46,841.02 = 12,216.81 kg

2.2.5.6.5.1 Cálculo de espaciamiento

Para el cálculo del espaciamiento del estribo se utiliza la siguiente fórmula:

S= 2Av fy d Vs

Utilizando varilla No. 3, el espaciamiento quedará:

S = 2 * 0.71 * 2,810 * 143.5 = 46.87 cm

12,216.81

S = 46 cm

Puesto que el espaciamiento máximo, está dado por la fórmula:

Smáx = d/2

La cual al sustituir valores, da como resultado Smáx = 71.75 cm

Como el espaciamiento calculado es menor que el espaciamiento máximo, y

según especificación ACI los estribos no deberán estar a más de 30 cm de

separación, se utilizó 30 cm.

Según especificación ACI, el primer estribo debe colocarse a S/2. Por criterio

propio, se colocaran los primeros 10 estribos a S/2= 30/2= 15 cm.

2.2.5.7 Diseño de diafragmas

La especificación de AASHTO 8.12.2., indica que serán colocados

diafragmas en los extremos de las vigas rectangulares, a menos que otros

medios sean suministrados, para resistir cargas laterales y mantener la

geometría de la sección.

La especificación AASHTO 8.12.2., dice, que un diafragma intermedio es

recomendado en el punto de máximo momento positivo para luces mayores de

40 pies (12.19 m).

Debido a que la luz del puente es de 24m, se utilizarán dos diafragmas

interiores, y dos diafragmas exteriores, y estarán ubicados de la siguiente

manera:

Figura 25. Ubicación de diafragmas en viga principal 0.35 0.3 7.05 0.3 8 0.3 7.05 0.3 0.35

2.2.5.7.1 Sección de diafragmas Por especificación AASHTO, el predimensionamiento de la sección de los

diafragmas se hará con la siguiente fórmula:

Diafragma interior = h = ¾ * hviga principal = ¾*1.5 =1.10 m

b = ½ * bviga principal = ½*0.5 =0.25 m

Diafragma exterior = h = ½ * hviga principal = ½*1.5 = 0.75 m

b = ½ * bviga principal = ½*0.5 = 0.25 m

De acuerdo con los resultados obtenidos, y por criterio propio, se tomaron

las siguientes dimensiones:

Diafragmas interiores = h= 1 m

b= 0.30 m

Diafragmas exteriores = h= 0.75 m

b= 0.30 m

Según especificación AASHTO, el refuerzo que se le coloca, es el

equivalente al acero mínimo requerido por la sección, en dos camas.

As min = 14.1 * b * d Fy

As min diaf. interior = 14.1/2,810 * 30 * 95 = 14.30 cm2 = 4 varillas No.7. Se

utilizó refuerzo adicional equivalente a 0.25 plg2 por pie de alto = 6 varillas No.

5.

Figura 26. Detalle de armado diafragma interior

4 No. 7

6 No. 5

Est. No.3@ 40 cm

4 No. 7

As min diaf. Exterior = 14.1/2,810 * 30 * 65 = 9.78 cm2 = 4 varillas No. 6. Se

utilizó refuerzo adicional equivalente a 0.25 plg2 por pie de alto = 4 varillas No.

5.

Figura 27. Detalle de armado diafragma exterior

4 No. 6

4 No. 5

Est. No.3@ 30 cm

4 No. 6

2.2.5.7.2 Corte Los valores de diseño se encontrarán al afectar los valores de las vigas

principales en un 10%.

Vmáx = 54,161.83 kg

Vmáx = 54,161.83 * 0.10 = 5,416.18 kg

Vrc interior = 0.85 * 0.53 * √210 * 30 * 95 = 18,605.84 kg

Vrc exterior= 0.85 * 0.53 * √210 * 30 * 65 = 12,730.31 kg

Como Vrc > Vactuante, el espaciamiento del estribo será:

S = d/2

Sdiaf. Interior = 95/2 = 47.5 = 40 cm Se usará estribo No. 3

Sdiaf. Exterior = 65/2 = 32.5 = 30 cm

2.2.5.8 Diseño de la subestructura La subestructura está compuesta de: cortina, viga de apoyo y estribo con su

respectiva zapata.

2.2.5.8.1 Cortina

Para determinar la geometría de la cortina se tomó en cuenta el espesor de

la losa, la pendiente y el espesor del apoyo de la superestructura.

Figura 28. Geometría de la cortina y viga de apoyo 1.70 m Cortina

0.40 m

0.30 m 0.40 m

Según AASHTO 3:22:1a, la cortina está empotrada sobre la viga de apoyo,

actuando en ella las fuerzas de: empuje de la tierra, fuerza longitudinal y la

fuerza de sismo.

Para calcular el momento de diseño se utilizan los siguientes grupos de

cargas:

Según AASHTO 3:22:1a

Grupo III: esfuerzo 130% M = 1.3(Esob + Es + LF)

Grupo VII: esfuerzo 130% M = 1.3(Esob + Es + S)

En donde:

Esob= sobrecarga de 2’ aplicada al centro de la cortina

Es= carga del suelo aplicada a un tercio de la cortina

LF= fuerza longitudinal aplicada en toda la cortina

S = fuerza de sismo aplicada al centro de la cortina

El momento máximo se determina comparando los dos grupos de cargas.

2.2.5.8.1.1 Cálculo de empuje del suelo (E) De acuerdo a la especificación AASHTO 1.2.19, la cortina no debe diseñarse

para menos de un equivalente líquido igual a 480 kg/m3, e incrementando la

altura de relleno en 0.61 m.

Figura 29. Diagrama de presiones

292.8 kg/m 0.61m

1.7 m 816 kg/m 0.40 m 1,008 kg/m E = 292.8 * 1.7 + 292.8 * 1.7 * 0.5 = 746.64 kg/m de ancho

2.2.5.8.1.2 Cálculo de fuerza longitudinal (FL) Según AASHTO 1.2.13, la FL será el 5% de la carga viva y su centro de

gravedad se supone a 1.8 m sobre la rodadura.

El punto de aplicación se localiza en una distancia igual a la altura de la

cortina.

CV= 5,450 kg

CV= 0.05 * 5,450 = 272.5 kg

FL = 272.5 / 1.8 = 151.39 kg / m

Punto de aplicación = 1.7 m

2.2.5.8.1.3 Cálculo de fuerza de sismo (S) Se utilizará un 8%, según la sección de puentes de la Dirección General de

Caminos de Guatemala.

El punto de aplicación se localiza en el centro de gravedad, actuando

horizontalmente.

Peso propio = 0.3 * 1.7 * 2,400 = 1,224 kg/m de ancho

S = 0.08 * 1,224 = 97.92 kg/m

Punto de aplicación = 0.85 m

2.2.5.8.1.4 Grupos de cargas Grupo III = M = 1.3(Esob + Es + LF)

M = 1.3(292.8*1.7*0.85 + 292.8*1.7*0.5*0.57 + 272.5*1.7) = 1,336.67 kg – m

Grupo VII= M = 1.3(Esob + Es + S)

M = 1.3(292.8*1.7*0.85 + 292.8*1.7*0.5*0.57 + 97.92*0.85) =842.64 kg – m

El momento máximo corresponde al grupo III.

2.2.5.8.1.5 Cálculo de refuerzo Se utilizan las siguientes fórmulas:

As2 fy2 - As fy d + Mu = 0 1.7fć b Φ Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy Asmax = 0.5 * ρb * b * d ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) )

Donde:

b = 1.7 m

d = 0.25 m

fy = 2,810 kg / cm2

fć = 210 kg / cm2

β = 0.85

Φ=0.9

Mu = 1,336.67 kg – m

Sustituyendo valores en las fórmulas anteriores, da como resultado:

As = 2.12 cm2

As min = 21.33 cm2

As max = 78.50 cm2

Como el Asmin es mayor que el área de acero As, se utilizará Asmin:

Utilizar 8 varillas No. 6

2.2.5.8.1.6 Corte

Para calcular el corte de diseño se utilizan los siguientes grupos de cargas:

Según AASHTO 3:22:1b

Grupo III: esfuerzo 130% V = 1.3(F + LF)

Grupo VII: esfuerzo 130% V = 1.3(F + S)

En donde:

F = Empuje

LF = Fuerza longitudinal

S = sismo

Grupo III = V = 1.3(F + LF)

V = 1.3(746.64 + 151.39) = 1,167.44 kg

Grupo VII= V = 1.3(F + S)

V = 1.3(746.64 + 97.92) =1,097.93 kg

El corte máximo corresponde al grupo III.

El corte que resiste el concreto es:

Vrc= 0.85 *0.53 * √f’c * b * d = 0.85*0.53*√210 *170*25 = 27,745.55 kg

Como Vrc > Vmáx, se usará espaciamiento máximo, S= d/2 = 25/2 =12 cm

Utilizar estribo No. 3 @ 10 cm.

2.2.5.8.2 Diseño de la viga de apoyo Se diseñará por aplastamiento, ya que no soporta flexión.

2.2.5.8.2.1 Cálculo de refuerzo Debido a que la viga de apoyo solo se chequea por aplastamiento, el

refuerzo que se le colocará longitudinalmente, será el equivalente al Asmin.

Asmin = 14.1/2,810 * 70 * 35 = 12.30 cm2

Por criterio propio se utilizarán 6 varillas No. 6, con espaciamiento máximo

de estribo, por lo cual el refuerzo quedará de la siguiente manera.

Utilizar 6 No. 6 + Estribo No. 3 @ 15 cms.

Se utilizará neopreno de 1” de espesor, con planchas de acero de 3/8” de

espesor. El neopreno se utilizará solo en el área de contacto de la viga principal

con la viga de apoyo.

2.2.5.8.3 Diseño del estribo El estribo a diseñar será de concreto ciclópeo, obteniendo con esto la

ventaja de que el diseño es más simple, ya que consiste en asumir la sección y

luego verificar tres condiciones: deslizamiento, volteo y presiones.

Figura 30. Geometría y diagrama de presiones del estribo

292.8 kg 6 1 1.7m

2 0.40m 7 II I 5m

3 3,408 kg 4 5

1.5m 1m 1.5m Para el cálculo de la presión en la cota de cimentación se utiliza una relación

de triángulos.

2.2.5.8.3.1 Cálculo de momento de volteo El momento de volteo es el producto del empuje de la tierra sobre el estribo

y se determina de la siguiente manera:

Empuje = presión * altura Momento = empuje * brazo

Tabla VI. Cálculo del momento de volteo

Sección Altura (m) Presión (kg) Empuje (kg) Brazo (m) Momento (kg-m)

I 7.10 292.8 2,078.88 3.55 7,380.02

II 3.55 3,408 12,098.4 2.37 28,632.88

∑ = 14,177.28 ∑ = 36,012.90

2.2.5.8.3.2 Cálculo del momento estabilizante Es producido por el peso de la estructura y el relleno, se obtiene de la

siguiente manera:

Área = área de la sección

Peso = área de la sección * peso especifico del concreto

Momento = Peso * brazo

Tabla VII. Cálculo del momento estabilizante

sección Área (m2) Peso (kg) Brazo (m) Momento (kg-m)

1 0.51 1,224 2.2 2,692.8

2 0.28 672 2 1,344

3 5 12,500 2 25,000

4 3.75 9,375 3 28,125

5 3.75 9,375 1 9,375

6 3.47 7,484.4 3.18 23,800.39

7 3.75 8,100 3.5 28,350

∑ = 48,730.4 ∑ = 118,687.19

2.2.5.8.3.3 Revisión del muro sin superestructura Se harán las verificaciones para un muro de contención por gravedad:

Volteo = ME / MV > 1.5

Deslizamiento = W / E > 1.5

Presiones = P = W / A * 1 ± ( 6*e/b) < Vs > 0

En donde:

MV = momento de volteo

ME = momento estabilizante

W = peso propio de la estructura

E = empuje

A = área de la sección

e = excentricidad = b/2 – a

a = ( ME – MV ) / W

b = base

Vs= Valor soporte (15,000 kg / m2 )

• Volteo

ME / MV = 118,687.19 / 36,012.90 = 3.30 > 1.5 OK

• Deslizamiento

D= 0.5 * W / E = 0.5 * 48,730.4 / 14,177.28 = 1.72 > 1.5 OK

• Presiones

a = (ME – MV) / W = (118,687.19 – 36,012.90) / 48,730.4 = 1.69

3 * a = 5.08 m

e = b/2 – a = 4/2 – 1.69 = 0.31

Presiones = P = W / A * 1 ± ( 6*e/b)

P = 48,730.4 / 4 *1 1 ± ( 6* 0.31/4)

Pmáx = 17,847.51 kg / m2 > Vs no cumple

Pmin = 6,517.69 kg / m2 > 0 Ok

Como la presión máxima es mayor que el Vs, y la presión mínima es mayor

que cero, se incorporará una zapata, para reducir el tamaño del estribo de

concreto ciclópeo, para que sea más liviana y garantizar que las presiones se

cumplan con la condición.

Con la incorporación de la zapata la sección del estribo debería ser más

pequeña, pero en este caso no se varió la sección, debido a que en tiempo de

invierno se produce acumulación de grava, por lo que existe una capa de grosor

variable sobre suelo firme, lo cual hace variar la cota de cimentación.

2.2.5.8.4 Diseño de la zapata

Para diseñar el área de la zapata, se utilizan las cargas de trabajo y no las

cargas últimas, debido a que al utilizar las cargas últimas se sobrediseña la

zapata.

• Cargas de trabajo

W trab = Wcm +Wcv

Carga muerta

W losa = 2,400*1*0.20*12 = 5,760 kg

W viga = 2,400*1.5*0.50*12 = 21,600 kg

W acera = 2,400*0.15*0.80*12 = 3,456 kg

W diafragma =2,400*1*0.30*1.7 = 1,224 kg

CM = 32,040 kg

Carga viva

W viva = 8,010 kg

W trab = 32,040 + 8,010 = 40,050 kg

• Carga total de trabajo

W total = Wtrab * No. Vigas princ. / L estribo + W peso viga de apoyo W total = 40,050 * 2 /5.20 + 1,896 = 17,299.84 kg / m

2.2.5.8.4.1 Cálculo del área de la zapata

• Carga que resiste la zapata

W zapata = W total + W peso de estribo W zapata = 17,299.84 + (4 * 5 * 2,500) = 69,238.84 kg / m

• Área de zapata

A zapata = W zapata / ρ suelo A zapata = 69,238.31 / 15,000 = 4.62 = 5 m2

La zapata será de 5 m * 1 m = 5 m2

2.2.5.8.4.2 Chequeo por corte simple Figura 31. Geometría de la zapata

L

L-D D ESTRIBO

ZAPATA 0.50 m

0.50 m 4m 0.50 m

• Chequeo por corte simple

d = 50 – recubrimiento – Φ/2 d = 50 – 7.5 – 2.54 / 2 = 41.23 cm

• Corte actuante

V actuante = W última * ( L – D ) W última = Fcu * W zapata

Fcu = (1.4 Cm + 1.7 Cv) / (Cm + Cv) Fcu = (1.4 * 36,072 + 1.7 * 9,018) / (36,072 + 9,018) = 1.46

W última = 1.46 * 69,238.31 = 101,087.93 kg

Vactuante = 101,087.93 * (0.50 – 0.41) = 9,097.91 kg

• Corte resistente

Vrc = 0.85 * 0.53 * √f’c * b * d

Vrc= 0.85 * 0.53 * √210 * 100 * 41 = 26,766.29 kg

Como Vrc > V actuante, la estructura soporta los esfuerzos cortantes, por lo

tanto están correctas las dimensiones asumidas.

2.2.5.8.4.3 Refuerzo por flexión Para calcular el refuerzo por flexión, se utiliza la siguiente fórmula:

Mu = Wu * L2 / 2

L = lado libre de zapata

Se utilizará el factor de carga última de1.46, producto del resultado de dividir

la carga última dentro de la carga de trabajo.

Wu = 69,238.31 * 1.46 = 101,087.97 kg

Mu = 101,087.97 * 0.502 / 2 = 12,635.99 kg – m

Para el cálculo del refuerzo de la zapata se tiene:

Mu = 12,635.99 kg – m Φ= 0.9 fy= 2,810 kg/cm2

b = 100 cm β= 0.85

d = 41 cm f’c= 210 kg/cm2

Los datos anteriores se sustituyen en las siguientes formulas:

As2 fy2 - As fy d + Mu = 0 1.7fć b Φ Asmin = ρmin * b * d ρmin = 14.1 / fy Asmax = 0.5 * ρb * b * d ρb = β * ( 0.85 * fć / fy ) * ( 6,090 / (fy + 6,090) ) Sustituyendo valores en las fórmulas anteriores, da como resultado:

As = 12.48 cm2

As min = 20.57 cm2

As max = 75.72 cm2

Como As min > As, se utilizará As mínimo = 20.57 cm2.

Utilizar No. 8 @ 20 cm.

2.2.5.8.4.4 Refuerzo por temperatura

El refuerzo se colocará longitudinalmente, se calcula con la siguiente

formula:

As Temp. = 0.002 * b * T As temp = 0.002 * 500 * 50 = 50 cm2

Utilizar No. 6 @ 25 cm.

Figura 32. Armado de zapata

No.6 @ 25 cm

No. 8 @ 20 cm

2.2.5.9 Elaboración del presupuesto Para la elaboración del presupuesto se aplicaron los mismos criterios que se

utilizaron en el presupuesto del sistema de alcantarillado sanitario aldea Lo de

Hernández.

Tabla VIII. Resumen del presupuesto del puente vehicular

HOJA DE COSTOSPROYECTO: PUENTE VEHICULAR

DIRECCIÓN: ALDEA EL TERREROCOSTO X COSTO


I ZAPATASCEMENTO 5,000 PSI 198 SACOS 50.00Q 9,900.00Q ARENA DE RIO 16 M3 130.00Q 2,080.00Q PIEDRIN DE 1" 20 M3 150.00Q 3,000.00Q HIERRO No.8 ORIGINAL 55 QUINTALES 260.00Q 14,300.00Q

SUB-TOTAL 29,280.00Q II ESTRIBOS

CEMENTO 5,000 PSI 848 SACOS 50.00Q 42,400.00Q ARENA DE RIO 52 M3 130.00Q 6,760.00Q

PIEDRIN DE 1" 68 M3 150.00Q 10,200.00Q PIEDRA BOLA 50 M3 60.00Q 3,000.00Q

SUB-TOTAL 62,360.00Q III CORTINA Y VIGA DE APOYO

CEMENTO 5,000 PSI 65 SACOS 50.00Q 3,250.00Q ARENA DE RIO 5 M3 130.00Q 650.00Q PIEDRIN DE 1" 6 M3 150.00Q 900.00Q HIERRO No.6 ORIGINAL 9 QUINTALES 260.00Q 2,340.00Q HIERRO No. 3 ORIGINAL 9 QUINTALES 260.00Q 2,340.00Q

SUB-TOTAL 9,480.00Q IV VIGAS PRINCIPALES

CEMENTO 5,000 PSI 274 SACOS 50.00Q 13,700.00Q ARENA DE RIO 22 M3 130.00Q 2,860.00Q PIEDRIN DE 1" 27 M3 150.00Q 4,050.00Q HIERRO No. 10 ORIGINAL 126 QUINTALES 260.00Q 32,760.00Q HIERRO No. 8 ORIGINAL 43 QUINTALES 260.00Q 11,180.00Q HIERRO No. 6 ORIGINAL 7 QUINTALES 260.00Q 1,820.00Q HIERRO No. 3 ORIGINAL 14 QUINTALES 260.00Q 3,640.00Q

SUB-TOTAL 70,010.00Q V DIAFRAGMAS

CEMENTO 5,000 PSI 14 SACOS 50.00Q 700.00Q ARENA DE RIO 1 M3 130.00Q 130.00Q PIEDRIN DE 1" 2 M3 150.00Q 300.00Q HIERRO No. 7 ORIGINAL 4 QUINTALES 260.00Q 1,040.00Q HIERRO No. 6 ORIGINAL 3 QUINTALES 260.00Q 780.00Q HIERRO No.3 ORIGINAL 1 QUINTALES 260.00Q 260.00Q

SUB-TOTAL 3,210.00Q VI LOSA Y ACERAS

CEMENTO 5,000 PSI 187 SACOS 50.00Q 9,350.00Q ARENA DE RIO 16 M3 130.00Q 2,080.00Q PIEDRIN DE 1" 19 M3 150.00Q 2,850.00Q HIERRO No. 4 ORIGINAL 29 QUINTALES 260.00Q 7,540.00Q HIERRO No. 3 ORIGINAL 37 QUINTALES 260.00Q 9,620.00Q TUBO PVC 3 1/2" PLUVIAL 1 UNIDAD 70.00Q 70.00Q

SUB-TOTAL 31,510.00Q VII BARANDALES

CEMENTO 5,000 PSI 6 SACOS 50.00Q 300.00Q ARENA DE RIO 1 M3 130.00Q 130.00Q PIEDRIN DE 1" 1 M3 150.00Q 150.00Q HIERRO No. 3 ORIGINAL 1.5 QUINTALES 260.00Q 390.00Q HIERRO No. 2 ORIGINAL 1 QUINTALES 260.00Q 260.00Q TUBO HG 3" 16 UNIDADES 520.00Q 8,320.00Q

SUB-TOTAL 9,550.00Q VIII BODEGA

LAMINA DE 12 PIES 34 UNIDADES 48.00Q 1,632.00Q PARAL DE 4" X4" X 10' 1 DOCENA 360.00Q 360.00Q REGLA DE 2" X 3" X 10' 1 1/2 DOCENAS 216.00Q 324.00Q CLAVO DE 5 PARA MADERA 10 LIBRAS 4.00Q 40.00Q CLAVO DE LAMINA 15 LIBRAS 5.00Q 75.00Q

SUB-TOTAL 2,431.00Q

Tabla IX. Resumen del presupuesto del puente vehicular

HOJA DE COSTOSPROYECTO: PUENTE VEHICULAR

DIRECCIÓN: ALDEA EL TERRERO COSTO X COSTO


IX HERRAMIENTAPALAS CORNETA 8 UNIDADES 65.00Q 520.00Q BARRAS 3 UNIDADES 70.00Q 210.00Q CUBETAS CONCRETERAS 20 UNIDADES 15.00Q 300.00Q CARRETAS 8 UNIDADES 180.00Q 1,440.00Q MANGUERA DE 100' 2 UNIDADES 100.00Q 200.00Q COBAS 6 UNIDADES 45.00Q 270.00Q AZADONES 10 UNIDADES 50.00Q 500.00Q TONELES 8 UNIDADES 180.00Q 1,440.00Q SEDAZO 6 YARDAS 15.00Q 90.00Q

SUB-TOTAL 4,970.00Q X MAQUINARIA

ESCAVADORA 156 M3 18.00Q 2,808.00Q 2 MEZCLADORA 2 SACOS 6 DIAS 350.00Q 2,100.00Q

SUB-TOTAL 4,908.00Q XI OTROS MATERIALES

NEOPRENO 2 M2 300.00Q 600.00Q PINTURA ANTICORROSIVA 20 GALONES 150.00Q 3,000.00Q ALAMBRE DE AMARRE 200 LIBRAS 6.00Q 1,200.00Q SIERRAS BOIRA 30 UNIDADES 15.00Q 450.00Q MALLA GALVANIZADA DE 2M DE ALTO 4 ROLLOS DE 50 M 450.00Q 1,800.00Q PIEDRA BOLA 200 M3 60.00Q 12,000.00Q TABLON 1 1/2" * 12" * 12' 30 DOCENAS 600.00Q 18,000.00Q TABLA 1" * 12" * 12' 34 DOCENAS 400.00Q 13,600.00Q PARAL 4" * 4" * 12' 38 DOCENAS 720.00Q 27,360.00Q PLANCHAS DE ACERO DE 0.4M*0.5M 8 UNIDADES 300.00Q 2,400.00Q

SUB-TOTAL 80,410.00Q XII MANO DE OBRA1 ENCARGADO 48 SEMANAS 372.48Q 17,879.04Q 4 ALBAÑILES 48 SEMANAS 297.48Q 57,116.16Q 10 AYUDANTES 48 SEMANAS 247.48Q 118,790.40Q 1 BODEGUERO 48 SEMANAS 247.48Q 11,879.04Q

SUB-TOTAL 205,664.64Q

PRESTACIONES LABORALES 33% 67,869.33Q

CUOTA LABORAL Y PATRONAL 10% 20,566.46Q

IMPREVISTOS DEL 10% 60,221.94Q

COSTO TOTAL DE LA OBRA 662,441.37Q

CONCLUSIONES

1. La ejecución del alcantarillado sanitario en la aldea Lo de Hernández

ayudará a mejorar las condiciones de saneamiento ambiental, entre las

que se pueden mencionar: la eliminación de focos de contaminación y

proliferación de enfermedades, así como la eliminación de malos olores

producidos por las aguas negras que corren a flor de tierra.

2. La aldea El Terrero se beneficiará con la ejecución del puente vehicular,

ya que éste les proporcionará facilidad de locomoción y generará nuevas

fuentes de empleo.

3. El Ejercicio Profesional Supervisado (E.P.S.), permite que el estudiante

ponga en práctica los conocimientos adquiridos durante la formación

académica, proponiendo para el efecto, soluciones factibles a problemas

que se le presentan, adquiriendo simultáneamente experiencia y criterio.

4. De acuerdo a los costos de cada proyecto: Sistema de alcantarillado

sanitario Q = 477,413.44 y puente vehicular Q = 662,441.37, el sistema

de alcantarillado sanitario será financiado por la Municipalidad de

Huehuetenango, en tanto, para que el proyecto del puente vehicular sea

una realidad, la Municipalidad en conjunto con el comité pro-

mejoramiento de la aldea El Terrero deberán hacer las gestiones

respectivas ante instituciones gubernamentales y no gubernamentales en

el menor tiempo posible.

RECOMENDACIONES

1. A la Municipalidad de Huehuetenango, como institución ejecutora del

proyecto de alcantarillado sanitario, velar porque se ejecute, con base a

lo establecido en los planos y especificaciones técnicas, para asegurar el

buen funcionamiento de las obras.

2. Es importante que el comité pro-mejoramiento, en coordinación con la

Municipalidad, concientise y regule el adecuado uso del alcantarillado

sanitario, para evitar que los vecinos conecten las aguas pluviales al

sistema de aguas negras.

3. A la Municipalidad de Huehuetenango y al comité pro-mejoramiento de

aldea El Terrero, buscar apoyo gubernamental y no gubernamental para

el financiamiento del proyecto.

4. A la Municipalidad y a los comités pro-mejoramiento de las aldeas Lo de

Hernández y El Terrero, monitorear el funcionamiento de los proyectos,

para darles el mantenimiento correspondiente.

BIBLIOGRAFÍA

1. Aguirre Roldan, Héctor David. Diseño y construcción del puente San Diego y diseño del puente de la 2a Av. Y 3a calle de Malacatán. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 1990. 93 pp.

2. Canales Portillo, Marvin Enrique. Diseño de tres puentes vehiculares y

de un camino vecinal, para el municipio de El Tumbador, departamento de San Marcos. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2002. 130 pp.

3. Gonzáles Dávila, Rossnnhi Dereckh Adonnhai. Diseño de puente

vehicular para la aldea los Cerritos y Sistema de Abastecimiento de agua potable para la aldea Tres Puentes, para el municipio de Sansare, departamento de El Progreso. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2003. 104 pp.

4. Martín Gonzáles, Eduardo Antonio De la Trinidad. Diseño de la red de drenaje sanitario para la aldea de San José municipio de Villa Nueva. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería,1998. 66 pp.

5. Nij Reyes, César Alfredo. Diseño de la red de alcantarillado sanitario de la Colonia El Maestro de la Ciudad de Chiquimula. Tesis Ing. Civil. Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de Ingeniería, 2002. 123 pp.

APÉNDICES En esta sección se incluyen los informes de los proyectos que se realizaron.

Los informes son:

1. Diseño y cálculo hidráulico del sistema de alcantarillado sanitario, aldea Lo

de Hernández

2. Planos del sistema de alcantarillado sanitario

3. Planos del puente vehicular, aldea El Terrero

Documents

Universidad de San Carlos de Guatemalabiblioteca.usac.edu.gt/EPS/08/08_0031.pdf · 2013-11-22 · ALDEA LO DE HERNÁNDEZ Y PUENTE VEHICULAR ALDEA EL ... 2.2.5.8.2 Diseño de la viga