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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL DE LAS COLONIAS ROBLES I Y II Y ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBLES I, SAN JUAN SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA JACOBO QUAN HIDALGO Asesorado por Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta Guatemala, abril de 2005
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Universidad de San Carlos de Guatemala Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Civil
DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL DE LAS COLONIAS ROBLES I Y II Y ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBLES I, SAN JUAN
SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA
JACOBO QUAN HIDALGO Asesorado por Ing. Manuel Alfredo Arrivillaga Ochaeta
Guatemala, abril de 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL DE LAS COLONIAS ROBLES I Y II Y ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBLES I,
SAN JUAN SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN
PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA
FACULTAD DE INGENIERÍA
POR
JACOBO QUAN HIDALGO ASESORADO POR EL ING. MANUEL ALFREDO ARRIVILLAGA OCHAETA
AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL
GUATEMALA, ABRIL DE 2005
UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERÍA
NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO: Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
VOCAL PRIMERO: Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL SEGUNDO: Lic. Amahán Sánchez Álvarez
VOCAL TERCERO: Ing. Julio David Galicia Zelada
VOCAL CUARTO: Br. Kenneth Issur Estrada Ruiz
VOCAL QUINTO: Br. Elisa Yazminda Vides Leiva
SECRETARIO: Ing. Carlos Humberto Pérez Rodríguez
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO
DECANO: Ing. Sydney Alexander Samuels Milson
EXAMINADOR: Ing. Carlos Salvador Gordillo García
EXAMINADOR: Ing. Silvio José Rodríguez Serrano
EXAMINADOR: Ing. Luis Gregorio Alfaro Véliz
SECRETARIO: Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco
HONORABLE TRIBUNAL EXAMINADOR
Cumpliendo con los preceptos que establece la ley de la Universidad de
San Carlos de Guatemala, presento a su consideración mi trabajo de
graduación titulado:
DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL DE LAS COLONIAS ROBLES I Y II Y ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBLES I,
SAN JUAN SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA
Tema que me fuera aprobado por la Dirección de Escuela de Ingeniería
Civil, con fecha 24 de agosto de 2004.
Jacobo Quan Hidalgo
AGRADECIMIENTOS
A:
DIOS Y LA SANTÍSIMA VIRGEN MARÍA
MIS PADRES
MI ASESOR LA FACULTAD DE INGENIERÍA
DE LA UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
ACTO QUE DEDICO A: MIS PADRES Mario René Quan Quan Lily Hidalgo de Quan MIS HERMANOS Javier y Mario David MIS AMIGOS
ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE ILUSTRACIONES V GLOSARIO VII RESUMEN IX OBJETIVOS XI INTRODUCCIÓN XII 1. MONOGRAFÍA
1.1 Características y localización 1
1.2 Características de la población 1
1.3 Vías de acceso 2
1.4 Servicios públicos 2
1.5 Vivienda 3
2. ESTUDIO TOPOGRÁFICO 2.1 Tipos de levantamientos 5
2.2 Equipo 5
2.3 Levantamiento topográfico 6
2.3.1 Planimetría 6
2.3.2 Altimetría 7
3. ESTUDIO DE SUELOS 3.1 Clasificación del suelo 9
3.1.1 Análisis de granulometría 10
3.1.2 Límites de consistencias 10
3.1.2.1 Límite líquido 11
3.1.2.2 Límite plástico 12
3.1.2.3 Índice plástico 12
3.1.2.4 Índice de grupo 13
3.2 Control de la construcción 14
3.2.1.1 Contenido de humedad 14
3.2.1.2 Compactación 15
3.3 Determinación de la resistencia del suelo 17
3.3.1.1 CBR 17
3.4 Análisis de resultados 19
4. ADOQUINAMIENTO 4.1 Tipos de pavimentos 21
4.2 Selección del tipo de pavimento 22
4.3 Elementos que forman el pavimento de adoquín 23
4.3.1 Subrasante 23
4.3.2 Sub-base 24
4.3.3 Base 25
4.3.4 Cama de asiento 27
4.3.5 Carpeta de rodadura 28
4.4 Análisis 29
4.4.1 Adaptación del método de Mills 29
4.4.2 Tipo de tránsito 30
4.4.3 Capa de rodadura o superficie 31
4.4.4 Cama de asiento 31
4.4.5 Capa de base 32
4.4.6 Capa de sub-base 32
4.4.7 Espesor adicional por mal drenaje 36
4.5 Diseño del adoquinamiento 37
5. DRENAJE PLUVIAL 5.1 Normas de diseño 43
5.1.1 Diámetros mínimos 43
5.1.2 Velocidades mínimas y máximas 43
5.1.3 Cotas invert 44
5.1.4 Ancho de zanjas 46
5.1.5 Pozos de visita 47
5.1.6 Tragantes 48
5.2 Diseño hidráulico 48
5.2.1 Coeficiente de escorrentía 48
5.2.2 Intensidad de lluvia 50
5.2.3 Áreas tributarias 50
5.2.4 Tiempo de concentración 51
5.2.5 Pendiente del terreno 51
5.2.6 Caudal de diseño 52
5.2.7 Velocidad de flujo a sección llena 52
5.3 Ejemplo de cálculo de drenaje pluvial 53
5.4 Desfogue del agua pluvial 55
5.4.1 Localización 55
5.4.2 Diseño 55
6. RIESGO Y VULNERABILIDAD 6.1 Conceptos 61
6.2 Riesgo y vulnerabilidad en drenaje pluvial 62
6.3 Riesgo y vulnerabilidad en adoquinamiento 64
6.4 Medidas de mitigación comunitarias 65
7. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL 7.1 Ubicación y descripción general del proyecto 67
7.2 Descripción del proceso 69
7.3 Control ambiental 69
8. PRESUPUESTO 71 9. CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN 79 CONCLUSIONES 81
RECOMENDACIONES 83 BIBLIOGRAFÍA 85 APÉNDICE 87 ANEXOS 99
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS 1 Localización de las colonias Robles I y II en el municipio de
San Juan Sacatepéquez 4
2 Espesor del pavimento según el CBR 34
3 Espesor del pavimento según el índice de grupo 35
4 Pendiente transversal 40
5 Apisonado 42
6 Disipador por medio de aletas 56
7 Planta general 87
8 Planta – perfil (drenaje pluvial) 88
9 Planta – perfil (drenaje pluvial) 89
10 Planta – perfil (drenaje pluvial) 90
11 Planta – perfil (drenaje pluvial) 91
12 Plano de detalles (drenaje pluvial) 92
13 Planta – perfil (adoquinamiento) 93
14 Planta – perfil (adoquinamiento) 94
15 Planta – perfil (adoquinamiento) 95
16 Planta – perfil (adoquinamiento) 96
17 Plano de detalles (adoquinamiento) 97
18 Ensayo de límites de Atterberg 99
19 Ensayo de granulometría 100
20 Ensayo de compactación 101
21 Ensayo de Razón Soporte California (CBR) 102
TABLAS
I Carga de diseño 30
II Espesores mínimos recomendados para capas de rodadura
de adoquín 31
III Requisitos para la capa base 32
IV Factor de incremento por mal drenaje 36
V Proporciones para la mezcla de concreto 40
VI Anchos mínimos de zanja 46
VII Coeficientes de escorrentía 49
VIII Integración del coeficiente de escorrentía 53
IX Cálculo hidráulico del drenaje pluvial 57
X Presupuesto total y cuadro de cantidades de trabajo 71
XI Presupuesto de pozos de visita 72
XII Presupuesto de tragantes 73
XIII Presupuesto del colector principal 74
XIV Presupuesto de desfogue 75
XV Presupuesto de trabajos preliminares 76
XVI Presupuesto de capa de rodadura 77
XVII Cronograma de ejecución de drenaje pluvial 79
XVIII Cronograma de ejecución de adoquinamiento 80
GLOSARIO
Acimut Ángulo horizontal referido a un norte magnético arbitrario;
su rango va de 0 a 360 grados.
Adoquines Bloques de concreto fabricados en moldes, que en su
conjunto forman parte de la capa de rodadura de un
pavimento.
Apisonado Sistema de compactación que consiste en hacer pasar un
rodillo sobre la masa del terreno cuyos vacíos se requiere
suprimir.
Banqueta Estructura de concreto que se deja a cada lado de una calle
para la circulación peatonal.
Bordillos Estructuras de concreto que sobresalen de la pista y sirven
para dar alineamiento a las calles y banquetas.
Carpeta de Capa superficial que soporta directamente las cargas de los
rodadura vehículos y sirve de protección a las estructuras
subyacentes, y hace adecuada y durable la superficie
al tránsito en todo el tiempo.
Compactación Técnica por medio de la cual los materiales aumentan su
resistencia y disminuyen su compresibilidad.
Cotas invert Cota o altura de la parte inferior del tubo ya instalado.
Infraestructura Conjunto de obras de una construcción.
Período de Período durante el cual el sistema prestará un servicio
diseño eficiente.
RESUMEN
En el trabajo de graduación que a continuación se presenta, se desarrolla
el diseño del drenaje pluvial de las colonias Robles I y II y el diseño del
adoquinamiento de la colonia Robles I, pertenecientes al municipio de San Juan
Sacatepéquez, departamento de Guatemala.
El primer capítulo consta de una breve descripción acerca del municipio
en mención con énfasis en su población y los servicios públicos con que cuenta.
En los capítulos siguientes se lleva a cabo el servicio técnico profesional
que se realizó para el diseño del proyecto en las colonias indicadas. Se parte de
la topografía, como estudio esencial, ya que con ella se conocen las
dimensiones y forma del terreno; luego, se procede al estudio de suelos para
llevar a cabo el diseño del pavimento semi-rígido, en este caso de adoquín, y
posteriormente el diseño del drenaje pluvial. Seguidamente se analiza el riesgo
y la vulnerabilidad existentes en la obra, después se hace un estudio del
presupuesto del total del proyecto y por último se lleva a cabo el cronograma de
ejecución.
El estudio cuenta al final con las conclusiones a que se llegó y las
recomendaciones que hace el estudiante para la mejor construcción del
proyecto, así como los planos elaborados por el autor.
OBJETIVOS
General
Ofrecer un estudio de la red de drenajes pluviales y del adoquinamiento,
elaborado con métodos científicos, y así colaborar con el desarrollo económico
de los habitantes de las colonias Robles I y II.
Específicos
1. Brindar un estudio adecuado de la red de drenajes pluviales para
evitar daños a las personas y a la infraestructura, como ha ocurrido a
través del tiempo en la época de lluvia.
2. Colaborar con los vecinos del lugar para que tengan mejor acceso a
sus viviendas y puedan contar con servicios más efectivos de
seguridad, ambulancias, camiones repartidores, recolectores de
basura y otros, que ayudarán a sus habitantes de manera muy
significativa para su progreso.
INTRODUCCIÓN
Existen varios sectores de nuestro país que muchas veces son olvidados
por las autoridades municipales o de gobierno ya que no presentan a simple
vista ningún peligro inmediato. Sin embargo, estos lugares tienen dificultades en
su desarrollo como comunidad por no gozar de condiciones urbanísticas
adecuadas para su progreso.
Las colonias Robles I y II, localizadas en San Juan Sacatepéquez, son
un ejemplo de lo anteriormente expuesto ya que no cuentan con los servicios de
drenajes pluviales, y su acceso, tanto vehicular como peatonal, resulta un tanto
difícil ya que sus calles no se encuentran debidamente pavimentadas.
El presente trabajo de graduación realizado como ejercicio profesional
supervisado consiste en un estudio para el diseño de drenaje pluvial en las
colonias Robles I y II y del adoquinamiento en la colonia Robles I, del municipio
de San Juan Sacatepéquez, departamento de Guatemala.
En este estudio se ha realizado una investigación de las condiciones de
vivienda actuales y las propiedades del terreno, realizando visitas de campo,
haciendo mediciones topográficas y tomando muestras de suelo en las calles
de terracería. Luego, se procedió al diseño del adoquinamiento y el cálculo de
la red de drenajes pluviales. También se ha prestado un servicio gratuito a los
vecinos del lugar como un apoyo que la Universidad de San Carlos de
Guatemala brinda a través de los estudiantes egresados de la Facultad de
Ingeniería.
1
1. MONOGRAFÍA Y ESTUDIOS PRELIMINARES
1.1 Características y localización
El municipio de San Juan Sacatepéquez está localizado al norte del
departamento de Guatemala, en una hondonada llamada Pajul. Su extensión
territorial es de 242 kilómetros cuadrados y la distancia a la ciudad de
Guatemala es de 32 kilómetros.
Colinda al norte con el municipio de Granados (Baja Verapaz), al este con
los municipios de San Raimundo, Mixco y Chinautla (Guatemala), al sur con el
municipio de San Pedro Sacatepéquez, y al oeste con los municipios de San
Martín Jilotepeque y El Tejar (Chimaltenango) y con el municipio de Santo
Domingo Xenacoj (Sacatepéquez).
San Juan Sacatepéquez cuenta con 1 villa, 13 aldeas y 45 caseríos. Las
colonias Robles I y II, objetivos del presente estudio, pertenecen a la aldea Lo
De Mejía.
Actualmente la corporación municipal está compuesta por un alcalde, dos
síndicos y cinco concejales.
1.2 Características de la población
Según el censo efectuado en 2002 por el Instituto Nacional de Estadística
San Juan Sacatepéquez cuenta con 152,583 habitantes, de los cuales 74,415
son hombres y 77,168 son mujeres.
2
El promedio de personas que habitan en un hogar es de 5.39 y los
promedios en las áreas urbana y rural son de 5.06 y 5.83, respectivamente.
Los habitantes en el municipio son indígenas y ladinos. En las colonias
Robles I y II más del 75% de la población es ladina.
1.3 Vías de acceso
La carretera que conduce de la capital a la villa de San Juan
Sacatepéquez es de 32 km asfaltados, pasando por la cabecera del municipio
de San Pedro Sacatepéquez. Las carreteras hacia las aldeas y caseríos son de
terracería y de asfalto.
El acceso a las colonias Robles I y II es por la antigua carretera a San
Raimundo, que se encuentra totalmente asfaltada. El camino que conduce de la
carretera a las colonias es de terracería y tiene una longitud de 700 m.
1.4 Servicios públicos
La cabecera del municipio cuenta con los servicios de agua potable, calles
asfaltadas, drenajes sanitarios y pluviales, teléfono y energía eléctrica. Estos
servicios no son generales para todas las aldeas y caseríos del municipio, y
entre las que no lo poseen se encuentran las colonias del presente estudio.
3
1.5 Vivienda
Las viviendas son regularmente construidas por los habitantes del
municipio que se dedican a la albañilería. El 68.65% de las paredes de las
casas son de block (muchas veces sin repello); y el 16.67% son de adobe; otros
materiales empleados en las paredes son lámina, madera y ladrillo.
El 77.04% de las viviendas posee techo de lámina, 13.39% tiene losa
fundida de concreto y muy pocas viviendas tienen techos de asbesto cemento,
teja y palma.
4
Figura 1. Localización de las colonias Robles I y II en el municipio de San Juan Sacatepéquez
5
2. ESTUDIO TOPOGRÁFICO
Antes de iniciar una obra es necesario conocer la forma del terreno. Por
ello el estudio topográfico es fundamental, con él se efectúan las mediciones
necesarias para determinar las posiciones relativas de los puntos horizontales y
verticales que ayudarán a establecer dicha forma. Del estudio topográfico
depende también que las cotas invert, que se mencionarán en el capítulo 5,
estén bien calculadas y por lo tanto el sistema de drenaje pluvial funcione
adecuadamente.
2.1 Tipos de levantamientos
Existen dos tipos de levantamiento topográfico: el levantamiento abierto,
que es cuando se sale de una estación y no se regresa a ella; y el
levantamiento cerrado, que consiste en salir de una estación y regresar a la
misma.
Para el presente estudio se utilizó el levantamiento cerrado en cada
manzana de las colonias, ya que con ello se logra minimizar el error de
medición en un gran porcentaje.
2.2 Equipo
Para efectuar un correcto levantamiento topográfico es necesaria la
utilización de un equipo humano y un equipo de instrumentos de trabajo.
6
El equipo humano consta de: un topógrafo y dos cadeneros.
Como equipo de instrumentos de trabajo se emplean: teodolito, nivel,
trípode, plomada, estadia, cinta métrica, almádana, estacas y libreta de campo.
2.3 Levantamiento topográfico
Los levantamientos topográficos proporcionan la localización de
accidentes naturales o artificiales y elevaciones del terreno que se utilizarán en
la conformación de los mapas.
2.3.1 Planimetría
Se entiende por planimetría al proceso de mediciones efectuadas para
obtener una representación gráfica del terreno, que se proyecta sobre un plano
horizontal, suponiendo que no existe ningún tipo de curvatura en el terreno. Con
ello se obtiene un dibujo en dos dimensiones, al cual se le denomina plano.
El levantamiento planimétrico que se realizó en este estudio fue el de
conservación de acimuts, el cual se logra cuando se avanza a la siguiente
estación y se realiza una observación de la estación anterior con vuelta de
campana con el ángulo conservado, y posteriormente, haciendo de nuevo una
vuelta de campana del lente del teodolito para hacer la nueva medición.
7
2.3.2 Altimetría
La altimetría consiste en la toma de medidas que se generan para obtener
la diferencia de alturas entre puntos establecidos con los trabajos de
planimetría, y con ello poder representar el terreno de una manera
tridimensional. La manera de representar tridimensionalmente un terreno es con
las curvas de nivel, que son líneas que unen puntos de igual altura.
El tipo de nivelación puede ser simple o compuesta. La nivelación simple
se realiza saliendo de un punto cuya altura se conoce y avanzando en el
terreno haciendo puntos de vuelta, así se obtienen las diferencias de nivel entre
cada estación. En la nivelación compuesta se llevan a cabo los mismos pasos
que en la simple, pero además se incluyen puntos intermedios de los que se
desea conocer sus cotas. Las cotas pueden ser absolutas, que son referidas al
nivel del mar, o relativas, las cuales utilizan un punto previamente establecido
llamado banco de marca o BM.
8
3. ESTUDIO DE SUELOS
A partir de este estudio se establece la estructura de pavimento que se
empleará en la construcción. Por lo tanto, dependiendo de la calidad del suelo
existente, se realiza un análisis de la necesidad de colocación de una capa de
transición sobre la cual se apoye el pavimento, en este caso el adoquín. Lo
anterior se realiza debido a que el terreno natural de las calles no soporta
adecuadamente las cargas de los vehículos que transitan por ellas sin sufrir un
tipo de deformación que con el tiempo hace intransitables dichas calles.
Los ensayos de suelos que se realizan en este estudio tienen diferentes
fines: clasificación del tipo de suelo, control de la construcción y determinación
de la resistencia del suelo. Estos se desarrollan a continuación y fueron
llevados a cabo en el Laboratorio de Mecánica de Suelos del Centro de
Investigaciones de Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala
con las muestras obtenidas de la colonia Robles I.
3.1 Clasificación del suelo
Los ensayos para la clasificación del suelo son utilizados para poder
describir y clasificar los suelos de una forma adecuada. En este tipo de ensayos
se encuentran el análisis granulométrico y los límites de Atterberg.
9
3.1.1 Análisis de granulometría
El análisis de granulometría consiste en separar y clasificar por tamaño los
granos que lo componen. A partir de esta clasificación se representan los
resultados del análisis en forma gráfica, con lo que se obtiene una curva de
distribución granulométrica. Este ensayo forma parte de los criterios de
aceptación de suelos para carreteras.
El análisis granulométrico es llevado a cabo en dos procesos. El primero
consiste en saturar una muestra de suelo y dejarla reposar por un día para
luego efectuar un lavado con agua en el tamiz 200 (0.075 mm), posteriormente
se ingresa la muestra al horno de 16 a 24 horas a una temperatura constante
de 110ºC. El segundo proceso se realiza con la porción de la muestra que ya ha
sido lavada y que está completamente seca. Ésta se introduce en la parte
superior de un juego de tamices que incluyen el ¾” (19.05 mm), el 4 (4.76 mm),
el 10 (2.00 mm), el 40 (0.425 mm) y el 200 (0.074 mm), y se coloca en la
máquina tamizadora 7 minutos. Terminado este paso se pesa cada porción en
la balanza y se hacen los cálculos matemáticos de porcentajes de gravas,
arenas y finos.
3.1.2 Límites de consistencia
Los límites de consistencia de los suelos, también conocidos como límites
de Atterberg, sirven para determinar las propiedades plásticas de los suelos
arcillosos o limosos y están representados por su contenido de humedad.
10
Los límites de consistencias comprenden el límite líquido y el límite
plástico. El límite líquido es el contenido de humedad de un suelo en el límite
superior del intervalo plástico. El límite plástico es el contenido de humedad de
un suelo en el límite inferior del intervalo plástico. Este intervalo representa el
rango de contenido de humedad en el que un suelo posee consistencia plástica.
Para estos ensayos es necesario separar una muestra de suelo que pasa
por el tamiz 40 (0.425 mm), colocarlo en una cápsula de porcelana y añadirle
agua hasta llegar a formar una pasta homogénea. La muestra se puede trabajar
a partir del día siguiente de su conformación.
3.1.2.1 Límite líquido
Es el estado del suelo cuando se comporta como una pasta fluida. Este
límite se define como el contenido de agua necesario para que se cierre una
abertura de una porción del material descrito en la sección 3.1.2 y vuelta a
mezclar con la espátula en la copa de Casagrande con un ranurador que
separa la muestra 1.27 cm. Se hace funcionar el mecanismo a una velocidad de
2 golpes por segundo y se busca que la abertura cierre a los 25 golpes, aunque
también se puede aplicar una tabla de corrección si el número de golpes está
comprendido entre los 15 y 35. Una vez efectuado el proceso, se toma una
porción de la pasta y se pesa en la balanza, luego se introduce en el horno a
una temperatura uniforme de 16 a 24 horas y se saca la muestra para volverla a
pesar y comparar los resultados, obteniendo así el límite.
El límite líquido es una medida de la resistencia al corte del suelo a un
determinado contenido de humedad. A medida que el tamaño de los granos o
partículas presentes en el suelo disminuyen, el límite aumenta. Este
procedimiento está basado en la norma AASHTO T 89.
11
3.1.2.2 Límite plástico
Es el mínimo contenido de humedad por debajo del cual el suelo se
comporta como un material plástico, cuando ya está un poco endurecido pero
no llega a ser semisólido. Cuando el suelo se encuentra en este nivel de
contenido de humedad está a punto de cambiar su comportamiento al de un
fluido viscoso.
Para efectuar este ensayo se utiliza una porción de la misma muestra
preparada para el ensayo del límite líquido. Se deja secar hasta que alcanza
una consistencia que no se adhiera a la palma de la mano sobre una placa de
vidrio, formando un cilindro de aproximadamente 1/8” de diámetro y de unas 4”
de largo; al llegar a este tamaño se vuelve a hacer una esfera con el material y
se repite el procedimiento, reduciendo el contenido de humedad por el
manipuleo, hasta que el cilindro se raje. En este momento se determina el
contenido de humedad de la misma forma como se calculó el límite líquido, así
se obtiene el límite plástico.
El procedimiento mencionado se encuentra descrito en la norma AASHTO
T 90.
3.1.2.3 Índice plástico
Este índice es el más importante y el más usado. Para averiguarlo no es
necesario realizar otro ensayo aparte de los dos anteriores, únicamente
consiste en efectuar la diferencia numérica entre el límite líquido y el límite
plástico. El índice plástico muestra el margen de humedad, dentro del cual el
suelo se encuentra en estado plástico. Si el límite plástico es mayor que el
límite líquido, el índice de plasticidad se considera no plástico.
12
Los límites líquido y plástico dependen de la calidad y el tipo de arcilla,
pero el índice plástico depende de la cantidad de arcilla.
La plasticidad del suelo se puede definir de la manera siguiente:
- Cuando el índice plástico es igual a 0, el suelo es no plástico.
- Cuando el índice plástico es menor de 7, el suelo es de baja plasticidad.
- Cuando el índice plástico está comprendido entre 7 y 17, el suelo es
medianamente plástico.
- Cuando el índice plástico es mayor de 17, el suelo es altamente plástico.
3.1.2.4 Índice de grupo
El índice de grupo es un valor que indica la calidad del suelo dependiendo
de su granulometría y de los valores obtenidos para el límite líquido y el índice
de plasticidad. Por lo tanto, toma en cuenta las siguientes propiedades de los
suelos:
- Proporción de finos
- Límites de Atterberg
Debe ser un número entero positivo comprendido entre cero y veinte (0-
20). Si resulta un número fraccionario, se redondea al entero más cercano; si
resulta un valor negativo, se adopta el cero; y si es mayor de veinte, se toma
como veinte.
Para su cálculo se emplea la siguiente fórmula:
bdacaIG 01.0005.02.0 ++=
donde:
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IG = Índice de Grupo
a = (% pasa No. 200) – 35
b = (% pasa No. 200) – 15
c = LL – 40
d = IP – 10
El valor resultante del índice de grupo es función de la calidad del suelo.
3.2 Control de la construcción
La manera más económica y la más empleada para la estabilización del
suelo es la compactación. La estabilización de suelos consiste en el
mejoramiento de las propiedades físicas del suelo para obtener una óptima
estructura, resistencia al corte y relación de vacíos deseable.
3.2.1.1 Contenido de humedad
Es la relación que existe entre el peso del agua contenida en la muestra y
el peso de la muestra después de ser secada en el horno, expresada en
porcentaje. Esto quiere decir que el contenido de humedad es simplemente el
porcentaje o cantidad de agua presente en el suelo.
El contenido de humedad se necesita para realizar los siguientes ensayos:
el ensayo de compactación Proctor, el ensayo de valor soporte, los límites de
consistencia (límites de Atterberg) y las densidades de campo.
3.2.1.2 Compactación
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Esta prueba se hace con la finalidad de obtener la densidad máxima y la
humedad óptima en un ensayo llamado Proctor.
La masa de los suelos está formada por partículas sólidas y vacíos. Estos
últimos pueden estar llenos de agua, aire o ambos a la vez. Si la masa de un
suelo se encuentra suelta, tiene un mayor número de vacíos, los que van
reduciéndose conforme se somete a compactación hasta llegar a un mínimo,
que es cuando la masa del suelo alcanza su menor volumen y su mayor peso.
Esto se conoce como “densidad máxima”. Para alcanzar la densidad máxima es
necesario que la masa del suelo tenga una humedad determinada, la cual se
conoce como “humedad óptima”.
Al alcanzar el suelo su máxima densidad se reduce el volumen de vacíos y
la capacidad de absorber humedad, y también aumenta la capacidad para
soportar mayores cargas.
Existen dos tipos de ensayo Proctor:
- Proctor normal (AASHTO T 99)
- Proctor modificado (AASHTO T 180)
El primer paso consiste en tomar una cantidad de suelo y añadirle una
cantidad específica de agua.
En el ensayo de Proctor normal se utiliza un molde cilíndrico de 4” de
diámetro y 4.58” de altura, teniendo así un volumen de 1/30 de pie cúbico. Se le
coloca en la parte superior un collar del mismo diámetro para darle una altura
adicional.
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Se llena el molde en 3 capas iguales del material que se va a ensayar,
compactando cada uno con 25 golpes de un martinete de 5.5 libras de peso, un
diámetro de 2” y una altura de caída de 12”.
Para el ensayo de Proctor modificado se utiliza un molde con las mismas
dimensiones del anterior y su respectivo collar, pero en este caso, el molde se
llena en 5 capas, compactando cada capa con 25 golpes de un martinete de 10
libras de peso, con una altura de caída de 18”.
En los dos ensayos, luego de compactada la muestra, se saca del molde y
se obtienen porciones que sirven para determinar el contenido de humedad en
ese momento del suelo. Se agrega más agua a la muestra y se repite el
proceso de compactación hasta que se tengan datos para la curva de densidad
seca contra contenido de humedad.
Para carreteras en Guatemala es obligatorio el uso del ensayo Proctor
modificado, el cual tiene las siguientes ventajas con respecto del Proctor
normal:
- Mejor acomodación de las partículas que forman la masa de un suelo,
reduciendo su volumen y aumentando el peso unitario o densidad.
- Teniendo una humedad óptima más baja, las operaciones de riego son
más económicas, lo que facilita la compactación.
16
3.3 Determinación de la resistencia del suelo
3.3.1.1 CBR
El valor relativo de soporte de un suelo (CBR) es un índice de su
resistencia al esfuerzo cortante en condiciones determinadas de compactación
y humedad. Se expresa en porcentaje de la carga requerida para producir la
misma penetración en una muestra estándar de piedra triturada.
Para este ensayo es necesario conocer la humedad óptima y la humedad
actual del suelo y con ello poder determinar la cantidad de agua que se añadirá
a la muestra de suelo. Los cilindros se compactan en cinco capas, para 10, 30 y
65 golpes por cada capa. Para cada cilindro compactado se obtendrá el
porcentaje de compactación (%C), el porcentaje de expansión y el porcentaje
de CBR. El procedimiento analítico se rige por la norma AASHTO T 193.
Para determinar la expansión, a cada cilindro se le coloca un disco
perforado, con vástago ajustable y el disco de 10 a 13 lb. Sobre el vástago
ajustable se coloca el extensómetro, montado sobre un trípode y ajustando la
lectura a cero. Se sumerge en agua durante cuatro días, tomando lecturas cada
24 horas y controlando la expansión del material.
El objeto de sumergir la muestra durante cuatro días en agua es para
someter los materiales usados en la construcción a las peores condiciones que
puedan estar sujetos en el pavimento.
17
La determinación de la resistencia a la penetración se realiza después de
haber tenido la muestra en saturación durante cuatro días. Para ello, se sacan
los cilindros del agua y se dejan escurrir durante diez minutos, se quitan los
discos y el papel filtro y se procede a medir la resistencia a la penetración.
Cuando se empieza la prueba, se coloca nuevamente el peso sobre la muestra
y el extensómetro ajustado a cero con el pistón colocado sobre la superficie de
la muestra. Se procede a hincar el pistón a una velocidad constante de
penetración de 1.27 cm (0.5”) por minuto. Se toma la presión, expresada en
libras por pulgada cuadrada, necesaria para hincar a determinadas
penetraciones.
Se puede hacer la siguiente clasificación con respecto al valor soporte
CBR:
100% - 80% Son excelentes materiales para bases
80% - 50% Son buenos materiales para bases
50% - 30% Son buenos materiales para sub-bases
30% - 10% Son buenos materiales para subrasante
10% - 5% Son regulares materiales para subrasante
5% - 0 Son malos materiales para subrasante
18
3.4 Análisis de resultados
A continuación se presenta un resumen de los ensayos efectuados donde
se observan las siguientes características del suelo:
Descripción del tipo de suelo: Limo arcillo-arenoso color café
Clasificación: S.C.U.: ML
P.R.A.: A-6
Límite líquido: 37.0%
Límite plástico: 26.0%
Índice plástico: 11.0%
Densidad máxima: 95.5 lb/pie³
Humedad óptima: 22.5%
CBR al 95% de compactación es de 6% aprox.
Con este análisis se puede ver que el material cumple con los requisitos
de subrasante, dado que su límite líquido no es mayor del 50%. El 95% de
compactación se alcanzará con la humedad óptima del 22.5% y el CBR es
mayor del 5%.
19
4. ADOQUINAMIENTO
4.1 Tipos de pavimentos
Los pavimentos son estructuras construidas sobre el suelo que permiten
distribuir los esfuerzos o cargas que circulan sobre su superficie,
proporcionando una sustentación que hace que no ocurran fallas o
deformaciones. Deben tener como características el brindar una superficie lisa
que no sea resbaladiza, la resistencia a la intemperie y la protección al suelo de
la pérdida de sus propiedades por efectos climáticos.
Los pavimentos están clasificados de acuerdo con la capa de rodadura
que presentan. Estos pueden ser rígidos, flexibles y semirígidos (o
semiflexibles).
Los pavimentos fabricados con emulsión asfáltica son los llamados
pavimentos flexibles, y en estos la carpeta de rodadura produce una mínima
distribución de cargas, las cuales se distribuyen por el contacto de partículas
en todo el espesor del pavimento.
Los pavimentos de losa de concreto son pavimentos rígidos, los cuales
utilizan la acción de viga para distribuir la carga en un área de suelo
relativamente grande debido a su consistencia y alto módulo de elasticidad.
20
Los pavimentos que se realizan con adoquín o empedrado se consideran
pavimentos semirígidos o semiflexibles porque a pesar de que cada unidad es
un bloque rígido, a la vez es una unidad independiente de las que lo rodean, y
al recibir cada unidad una carga concentrada, ésta se distribuye por contacto de
partícula a partícula como en un pavimento flexible.
4.2 Selección del tipo de pavimento
El pavimento que se ha seleccionado para el diseño de este proyecto es el
semirígido (o semiflexible) de tipo adoquinamiento.
Se optó por el adoquinamiento ya que su fabricación y colocación se lleva
a cabo de una manera sencilla y no requiere de mano de obra especializada,
sino que basta con brindar las instrucciones de fabricación y colocación al
personal que lo realizará. El pavimento de adoquín se puede colocar en tiempos
mucho más cortos que si se trata de un pavimento rígido (concreto) y se puede
transitar sobre el mismo una vez que haya sido colocado, vibrado y se haya
realizado el sellado de juntas. Con respecto al pavimento flexible (asfáltico) e
inclusive con el pavimento rígido, se puede decir que la ventaja del adoquín es
que si existiera algún daño posterior en la capa de rodadura, su reemplazo es
mucho más fácil de realizar y no representa ninguna variación en su superficie.
Lo anterior se puede sintetizar en un costo menor de fabricación y de
mantenimiento, una adecuada superficie de rodadura para cualquier tipo de
tránsito, la no necesidad de mano de obra calificada y que puede ser una fuente
de trabajo para los mismos vecinos que se beneficiarán con el proyecto.
21
4.3 Elementos que forman el pavimento de adoquín
4.3.1 Subrasante
Es la superficie que resulta del movimiento de tierras en corte o relleno y
que debe ser conformada y compactada con relación a las secciones
transversales y pendientes del diseño. Ésta soporta la estructura del pavimento
y se extiende hasta una profundidad tal que no sea afectada por la carga de
diseño que corresponde al tránsito calculado. Debe llenar los requisitos de
resistencia, incompresibilidad e inmunidad a la expansión y retracción por
efectos de humedad para soportar al pavimento luego de haber sido
estabilizada, homogenizada y compactada.
El espesor del pavimento depende en gran parte de la calidad de la
subrasante y se basa en los siguientes enunciados:
- Si la subrasante es de muy mala calidad (con alto contenido de materia
orgánica o material suelto sin cohesión), será necesario sustituirla por un
material de mejor calidad o estabilizarla (con cemento, cal, materiales
bituminosos, etc.) en un espesor que dependerá de las cargas de diseño
y de las propiedades de los materiales de las otras capas.
- Si la subrasante es de mala calidad (formada por suelo fino limoso-
arcilloso), será necesario colocar una capa de sub-base granular de
material selecto o de material estabilizado antes de colocar la capa base.
- Si la subrasante es de buena calidad (formada por un suelo bien
graduado, que no ofrezca peligro de saturación) con un valor soporte
excelente y buen drenaje, podrá omitirse la capa de sub-base.
22
- Si la subrasante es excelente (con valor soporte muy elevado y sin
posibilidad de saturación), se puede omitir las capas sub-base y base,
colocando la carpeta sobre el terreno natural después de haber sido
conformado y compactado.
Estos requisitos se deben cumplir en una profundidad de al menos 30 cm
para calles y carreteras.
La subrasante debe compactarse hasta obtener como mínimo el 95% de
compactación respecto de la densidad máxima obtenida en el laboratorio.
4.3.2 Sub-base
Es la primera capa del pavimento y está constituida por una capa de
material selecto o estabilizado, de un espesor compactado, según las
condiciones y características de los suelos existentes en la sub-rasante, pero en
ningún caso será menor de 8 cm ni mayor de 70 cm. Esta capa se destina
fundamentalmente a soportar, transmitir y distribuir con uniformidad el efecto de
las capas superiores del pavimento, de manera que el suelo de la sub-rasante
las pueda soportar.
Las principales funciones de la sub-base son:
- Transmitir y distribuir cargas provenientes de la base.
- Servir de material de transición entre la terracería y la base, así también
como elemento aislador; previniendo la contaminación de la base cuando
la terracería contenga materiales muy plásticos.
- Hacer mínimos los efectos de cambio de volumen en los suelos de la
sub-rasante.
23
La capa de sub-base debe ser constituida por materiales de tipo granular
en su estado natural o mezclados formando un material de las siguientes
características:
- Tener un CBR, AASHTO T 193, mínimo de 30, efectuado sobre muestras
saturadas al 95% de compactación, AASHTO T 180.
- El tamaño de las piedras que contenga el material no debe exceder los
70 mm ni sobrepasar la mitad del espesor de la capa. No debe tener más
del 50% en peso de partículas que pasen el tamiz 40 (0.425mm) ni más
del 25% en peso de partículas que pasen el tamiz 200 (0.075mm).
- El equivalente de arena, AASHTO T 176, no debe ser menor de 25%.
- La porción que pasa el tamiz 40 (0.425 mm) no debe tener un índice de
plasticidad, AASHTO T90, mayor de 6 ni un límite líquido, AASHTO T 89,
mayor de 25, determinados ambos sobre una muestra preparada en
húmedo, AASHTO T 146. Cuando las disposiciones especiales lo
indiquen expresamente, el índice de plasticidad puede ser más alto, pero
en ningún caso mayor de 8.
- El material de sub-base debe estar exento de materias vegetales,
basuras, terrones de arcilla o sustancias que incorporadas dentro de la
capa de sub-base puedan causar fallas en el pavimento.
4.5.1 Base
Es la capa, regularmente, de material selecto que se coloca encima de la
sub-base o subrasante.
24
Esta capa permite reducir los espesores de carpeta, dada su función
estructural importante, al reducir los esfuerzos cortantes que se transmiten
hacia las capas inferiores y funciona como drenante del agua atrapada dentro
del cuerpo del pavimento al evitar el bombeo y los cambios de volumen de las
capas inferiores. El espesor de la capa base debe estar comprendido entre los
10 y 30 cm.
Dentro de sus principales características y funciones están las siguientes:
- Transmitir y distribuir las cargas provenientes de la superficie de
rodadura.
- Servir de material de transición entre la sub-base y la carpeta de
rodadura.
- Ser resistentes a los cambios de temperatura, humedad y desintegración
por abrasión producidas por el tránsito.
- Tener mayor capacidad que el material de sub-base.
El material de base granular que se emplee para la capa base debe llenar
los siguientes requisitos:
- Tener un CBR, AASHTO T 193, mínimo de 60% efectuado sobre una
muestra saturada a 95% de compactación, AASHTO T 180, y un
hinchamiento máximo de 0.5%, AASHTO T 193.
- La porción de agregado retenida en el tamiz 4 (4.75 mm) no debe tener
un porcentaje de desgaste por abrasión mayor del 50 a 500 revoluciones,
AASHTO T 96.
- No más del 25% en peso del material retenido en el tamiz 4 (4.75 mm)
pueden ser partículas planas o alargadas, con una longitud mayor de
cinco veces el espesor promedio de dichas partículas.
25
- Debe estar libre de materias vegetales, basura, terrones de arcilla o
sustancias que incorporadas dentro de la capa de sub-base o base
granular puedan causar fallas en el pavimento.
- El material de la capa de base granular en el momento de ser colocado
en la carretera no debe tener en la fracción que pasa el tamiz 40 (0.425
mm), incluyendo el material de relleno, un índice de plasticidad mayor de
6 para la base, AASHTO T 90, ni un límite líquido mayor de 25, AASHTO
T 89, determinados ambos sobre una muestra preparada en húmedo,
AASHTO T 146.
- El material para capa de base granular debe llenar los requisitos de
graduación determinados por los métodos AASHTO T 27 y AASHTO T
11.
- Cuando se necesite agregar material de relleno adicional al que se
encuentra naturalmente en el material, para proporcionar características
adecuadas de granulometría y cohesión, éste debe estar libre de
impurezas y consistir en suelos arenosos, polvo de roca, limo inorgánico
u otro material con alto porcentaje de partículas que pasan el tamiz 10.
4.5.2 Cama de asiento
Es una capa no rígida de arena gruesa colocada sobre la capa base que
se necesita para sostener y compactar la carpeta de rodadura. Ésta es utilizada
únicamente en pavimentos semirígidos.
La cama de asiento debe poseer las siguientes características:
a) Proporcionar un acondicionamiento para los adoquines sobre la capa
base, cubriendo todas las irregularidades que ésta pueda tener.
b) Brindar apoyo uniforme para toda el área de cada uno de los adoquines.
26
c) Drenar el agua que pueda provenir de la infiltración en las juntas de los
adoquines y con ello evitar que dañe la capa base.
d) El material debe tener un tamaño máximo de grano de 5 mm y no debe
contener materia orgánica ni finos arcillosos.
e) El espesor de la capa de arena, una vez compactada, debe ser de 2 a 3
cm.
4.5.3 Carpeta de rodadura
La carpeta de rodadura de un pavimento adoquinado comprende los
siguientes elementos:
- bloques de adoquín prefabricado
- bordillo
- llaves de confinamiento
- relleno de juntas
Los bloques de adoquín prefabricado se construyen en moldes especiales
que son llenados manual o mecánicamente con una mezcla de concreto que
ofrecerá la resistencia requerida para el diseño del pavimento, tomando en
cuenta el tipo de tránsito que circula en el lugar. Existe una diversidad de
formas geométricas de bloques de adoquín, y todas ellas han sido diseñadas
con la finalidad de ir formando la carpeta de rodadura, un bloque seguido de
otro de manera que casen entre sí, y además presentar una figura estética
agradable.
27
El bordillo es un elemento longitudinal fabricado de concreto (puede ser
fundido en el lugar o prefabricado) y es utilizado para dar alineamiento a las
calles y banquetas. Funciona como cauce de las aguas superficiales y brinda
consolidación y confinamiento a las estructuras de rodadura. Este elemento
sobresale de la pista aproximadamente 0.10 m y la parte superior es de forma
redondeada para evitar daño a los vehículos y a las personas que transitan por
las calles.
Las llaves de confinamiento sirven para delimitar las áreas adoquinadas y
ayudan a evitar el deslizamiento y el deterioro de los adoquines. Este elemento
estructural se fabrica también de concreto y, dependiendo de la pendiente del
terreno, se colocan a cada 6.00 m aproximadamente.
El relleno de juntas entre adoquines se realiza con un material que impida
el menor movimiento de los bloques entre sí. El relleno se hace con arena fina
de río, sin materia orgánica, entre los bloques que están separados de 6 a 10
mm. En el sello de las juntas conviene emplear una mezcla de arena fina con
arcilla de proporciones entre 5:1 a 10:1 en volumen con el fin de brindar un sello
flexible, menos erosionable que la arena sola e impermeable al agua.
4.6 Análisis
4.6.1 Adaptación del método de Mills
El método de Mills lo empezó a usar en Guatemala en 1956 la Dirección
General de Caminos y desde entonces se ha utilizado en la mayor parte de
proyectos de pavimentos flexibles que han sido construidos en el país.
28
Este método toma como factor principal el CBR auxiliado por el índice de
grupo, un factor adicional que toma en cuenta el drenaje de la superficie y
considera además la intensidad y peso del tráfico.
Tiene también la ventaja de haber sido creado por Mills, como consultor en
un proyecto de diseño y construcción de carreteras en Brasil, bajo condiciones
climáticas semejantes a las de Guatemala.
4.6.2 Tipo de tránsito
La estimación del tránsito que soportará el pavimento de adoquín debe
considerar los conteos actuales y las actividades del área a que servirá la pista
a construir, así como posibles usos futuros; sin embargo, Mills estima más
importante el peso máximo de los vehículos que su cantidad; un solo vehículo
excesivamente pesado puede causar más daño a un pavimento que mil
vehículos ligeros. Sin embargo, el número de aplicaciones de carga tiene un
efecto y por ello la clasificación del tránsito considera tanto el número como el
peso de los vehículos (tabla I).
Tabla I. Carga de diseño
Tipo de Tránsito total durante 24 horas Carga de diseño tránsito (lb/rueda)
Total Camiones Camiones vehículos autobuses pesados
Pesado 3000 mín. 700 mín 150 mín. 14000 Mediano 1000-3000 250-700 50-150 12000 Liviano 1000 máx. 250 máx. 50 máx. 10000
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
29
4.6.3 Capa de rodadura o superficie
La capa de rodadura está constituida por los adoquines en sí. El espesor
del adoquín se elegirá atendiendo al tránsito para el cual se proyecte la pista.
Los espesores recomendados se muestran en la tabla II.
Tabla II. Espesores mínimos recomendados para capas de rodadura de adoquín
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
4.6.4 Cama de asiento
El lecho de arena sobre el cual se colocan los adoquines no es objeto de
diseño, ya que no tiene una función estructural; su espesor se fija de acuerdo
con lo indicado en la sección 4.3.4
Clasificación del Espesor del Recomendable aplicarlo para
tráfico adoquín Pesado 12 cm Autopista de tráfico intenso
Calles de tráfico de autobuses y camiones Aeropuertos Patios para maquinaria pesada Patios para vehículos militares Patios industriales
Mediano 10 cm Autopistas para tráfico moderado Calles con tráfico de vehículos de carga livianos Caminos vecinales con tráfico pesado escaso
Liviano 8 cm Parqueos para vehículos livianos Estaciones de servicio y gasolineras Calles secundarias de colonias y lotificaciones Calles en pequeños poblados Accesos a residencias Parqueos en centros comerciales
Otros 5 cm Aceras para peatones Calles para bicicletas y motocicletas Veredas en parques, zoológicos, etc.
30
4.6.5 Capa de base
Generalmente, la capa de base, al igual que la capa de superficie, se
conserva con un espesor uniforme a lo largo de todo el proyecto, variando
solamente el espesor de la sub-base de acuerdo con la calidad del suelo de
subrasante. La tabla III ofrece los espesores de base en función del tráfico
previsto, y establece ciertos valores mínimos o límites en las propiedades de los
materiales que se van a usar.
Podrá reducirse el espesor de la base en un 25% cuando el material de la
subrasante tiene un valor soporte CBR mayor de 40 y un índice de grupo de 0.
Tabla III. Requisitos para la capa base
Clasificación Granulometría Espesor CBR de 65 LL IP del tráfico para materiales mínimo (cm) golpes mínimo máximo máximo Pesado col. A o B 20 90 25 6 Mediano col. A, B, C o D 18 75 25 7
Liviano col. A, B, C, D, E
o F 15 60 27 8 FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
4.6.6 Capa de sub-base
El espesor de sub-base es determinado tomando en cuenta el espesor
indicado por el método CBR, así como el indicado por el método del índice de
grupo, ya que la experiencia ha demostrado que un método señala propiedades
malas de un suelo que no indica el otro.
La fórmula empleada es la siguiente:
( ) FdLBSTgTcTsb ×⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
++−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=3
2
31
Donde:
Tsb: Espesor de sub-base
Tc: Espesor total del pavimento indicado por el método del CBR (ver figura
2), espesor que depende del CBR de la subrasante
Tg: Espesor total del pavimento indicado por el método del índice de grupo
(ver figura 3), espesor que depende del índice de grupo de la
subrasante
S: Espesor de la capa de superficie (determinado según la tabla I)
B: Espesor de capa de base (determinado según la tabla II)
L: Espesor de cama de asiento
Fd: Factor de incremento de espesor por mal drenaje (determinado según la
tabla IV)
Debe cumplirse además que:
TcTgTc≥⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +
32
En caso de ser menor se utilizará el valor de Tc.
La fórmula de Mills obtiene un promedio de los espesores según los dos
métodos, por medio de la expresión (2Tc + Tg) / 3 , pero le da más peso al Tc
debido a que éste es obtenido con la muestra compactada en forma óptima y
sujeta a las peores condiciones de humedad que se podrán dar en realidad.
32
Figura 2. Espesor del pavimento según el CBR
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
33
Figura 3. Espesor del pavimento según el índice de grupo
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
34
4.6.7 Espesor adicional por mal drenaje
El margen de espesor por mal drenaje fue ideado para obtener un diseño
balanceado a lo largo de todo el proyecto. Tiene el propósito de dar pavimentos
de capacidad de carga empleando espesores extra de sub-base donde el
drenaje es malo.
Cuando la pendiente longitudinal de la pista es fuerte, el agua fluye
rápidamente, pero al disminuir la pendiente aumenta el peligro de
estancamiento del agua. El problema se agudiza en pendientes planas
especialmente en secciones de corte en trinchera donde es mayor la posibilidad
de sobresaturación de la subrasante.
El espesor adicional de la sub-base aumenta la profundidad de distribución
de cargas en estas áreas críticas y disminuye la intensidad de las presiones
transmitidas a la subrasante.
El factor no se aplica cuando el suelo de la subrasante tiene un CBR igual
o mayor que 20 y un índice de grupo igual o menor que 3.
Tabla IV. Factor de incremento por mal drenaje
Sección Pendiente Espesor Factor de transversal longitudinal (%) mínimo (cm) incrementoCorte 0 20 1,25 Relleno 0 15 1,20 Corte 1 10 1,15 Relleno 1 5 1,10 Corte 2 0 1,05 Relleno 2 0 1,00 FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
35
4.7 Diseño del adoquinamiento
Análisis del tráfico
El tráfico en el área que se va a pavimentar será de tipo liviano dado que
se prevé el promedio de camiones pesados de 10, el promedio de camiones y
autobuses de 20, y el promedio de vehículos ligeros de 80. De la tabla I, se
tiene
Tipo de tráfico: Liviano
Carga de diseño: 10,000 lb/rueda
Capa de rodadura
El espesor de adoquín que se va a usar como capa de rodadura será,
según la tabla II, de tráfico liviano, espesor = 8 cm.
Cama de asiento
Espesor aproximado = 3 cm.
Material: arena de río sin excesiva cantidad de finos.
Capa de base
De la tabla III se tiene
Espesor: 15 cm
36
Material: Suelo granular, preferentemente con grava, bien graduado y
que compacte fácilmente.
Valor soporte CBR mínimo: 60%
Límite líquido máximo: 25
Índice de plasticidad máximo: 6
Capa de sub-base
Espesor: aplicando fórmula
( ) FdLBSTgTcTsb ×⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
++−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=3
2
Donde se tiene:
Tc = 35 cm (de la figura 2)
Tg = 30 cm (de la figura 3)
S = 8 cm (de la tabla I)
B = 15 cm (de la tabla II)
Fd = 1.00 (de la tabla III)
( ) ( ) 00.131583
30352×
⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
++−⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=Tsb
Pero debe cumplirse:
TcTgTc≥⎟
⎠⎞
⎜⎝⎛ +
32 ⇒ ( ) 33.33
330352
=⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
Esto es < 35, entonces adoptar 35
Tsb = 35 - 26
Tsb = 9 cm
37
Material: Debe ser un suelo granular bien graduado que compacte
fácilmente
Valor soporte CBR mínimo 30%
Límite líquido máximo 40
Índice de plasticidad máximo 9
El diseño del pavimento queda de la siguiente manera:
Capa de sub-base 9 cm
Capa de base 15 cm
Cama de asiento 3 cm
Adoquinado 8 cm
Espesor total 35 cm
Bordillo
Altura (h) 35 cm
Deberá salir por lo menos 10 cm por encima de los adoquines.
Llaves de confinamiento
Distancia 6 m
El terreno se nivelará respetando las pendientes longitudinales que tienen
las calles debido a las viviendas existentes. De no respetarse lo anterior,
algunas entradas de las casas podrían quedar por debajo del nivel del adoquín,
y otras por encima.
38
Pendiente transversal
Se necesita dar pendiente a la calle hacia los lados (pendiente
transversal). Esta pendiente se hace partiendo del centro de la calle hasta llegar
a donde comienza la banqueta a los lados, y bajándole 3 cm por cada metro de
ancho para garantizar una pendiente transversal del 3%. Así se evacuarán las
aguas pluviales que caerán sobre el pavimento.
Figura 4 Pendiente transversal
FUENTE: Jesús Moncayo. Manual de pavimentos.
Resistencia del adoquín
El adoquín que se utilizará debe tener, como mínimo, una resistencia a la
compresión de 165 kg/cm², fabricado con las proporciones de la tabla siguiente:
Tabla V. Proporciones para mezcla de concreto
Proporción Bolsas de Arena Grava Agua Resistencia volumétrica cemento m³ m³ litros kg/cm²
1:2:2 9.8 0.55 0.55 227 217 1:2:2.5 9.1 0.51 0.64 226 195 1:2:3 8.4 0.47 0.71 216 165
FUENTE: Juan Pablo Sánchez. Guía práctica para costear y presupuestar la construcción de edificaciones
39
Relleno de juntas
El relleno de juntas se puede hacer barriendo la arena sobre el
adoquinado para llenar las juntas a la altura deseada y en caso que no penetre
bien, puede agregarse un poco de agua para que asiente.
Sellado de juntas
El sellado de juntas se prepara con una mezcla de arena fina con arcilla en
proporción 1:5, o sea, 1 cubeta de arcilla por 5 cubetas de arena. Esta mezcla
servirá para llenar los espacios que quedaron en las juntas cuando se
rellenaron parcialmente, procurando que la mezcla del sellado sobresalga de la
junta para que se pueda apisonar pasando un rodillo pesado sobre el área
adoquinada.
Apisonado
Con el bordillo fundido y el adoquinado colocado, se debe apisonar el
pavimento pasando el rodillo o aplanadora varias veces y traslapando cada
rodada con la anterior.
40
Figura 5. Apisonado
FUENTE: Jesús Moncayo. Manual de pavimentos.
41
5. DRENAJE PLUVIAL
El sistema de drenaje pluvial tiene como objetivo recolectar el agua de
lluvia y trasladarla a un punto de descarga en donde no dañe la urbanización
para la cual se diseñó ni los terrenos o colonias colindantes.
5.1 Normas de diseño
Para que el sistema funcione de manera correcta y la tubería y pozos no
se vean maltratados por el agua que recorre en su interior, se debe cumplir con
normas preestablecidas que han sido determinadas a través de muchos
análisis, observaciones y comparaciones.
5.1.1 Diámetros mínimos
En el diseño de drenaje pluvial, el diámetro de tubería debe de ser como
mínimo de 10” en tubería de concreto (TC), aunque se sugiere diseñar a partir
de 12”, y de 8” de diámetro en tubería de PVC. Por razones económicas y para
que no exista un sobrediseño, se debe utilizar el menor diámetro que permita al
sistema cumplir con las especificaciones.
5.1.2 Velocidades mínimas y máximas
Se recomienda, en tubería de concreto, que la velocidad del flujo en la red
de alcantarillado pluvial no sea mayor de 3.00 m/s ni menor de 0.60 m/s.
42
Al sobrepasar la velocidad de 3.00 m/s se corre el peligro de dañar la
tubería, los pozos de visita y otras obras complementarias; y si la velocidad es
menor de 0.60 m/s el sistema no contará con autolimpieza.
5.1.3 Cotas invert
Las cotas invert son las cotas en la parte inferior del interior de la tubería
cuando salen o entran a un pozo de visita.
La colocación de la tubería se debe hacer a una profundidad en la cual no
sea afectada por las condiciones climáticas y principalmente por las cargas
transmitidas por el tráfico de vehículos, los que pueden ocasionar rupturas en la
tubería.
La profundidad mínima de colocación se mide desde la superficie al suelo,
hasta la parte superior del tubo; para tráfico normal = 1.00 metros, y para
tráfico pesado = 1.20 metros.
Para el diseño del sistema de drenajes pluviales se consideraron los siguientes aspectos referentes a las cotas
invert de entrada y de salida de las tuberías en los pozos de visita, así como una serie de especificaciones que se
deben tomar en cuenta. Éstas se indican a continuación:
Cuando a un pozo de visita entra una tubería y sale otra del mismo
diámetro, la cota invert de salida estará como mínimo 3 cm debajo de la cota
invert de entrada.
Ø A = Ø B
CIS = CIE + 0.03
43
En donde:
Ø A = diámetro con el que entra la tubería
Ø B = diámetro con el que sale la tubería
CIS = cota invert de salida
CIE = cota invert de entrada
Cuando a un pozo de visita entra una tubería y sale 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.
Ø A > Ø B
CIS = CIE + ((Ø B – Ø A) * 0.0254)
Cuando en 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 3 cm debajo de la
cota más baja que entre.
Ø A = Ø B = Ø C
1. CIS = CIE A + 0.03
2. CIS = CIE B + 0.03
Cuando en un pozo de visita la tubería de salida es de diferente diámetro a
las que ingresan en él, la cota invert de salida deberá cumplir con las
especificaciones anteriores y se tomará el valor menor.
Sólo una tubería de las que sale es de seguimiento, las demás que salgan
del pozo de visita deberán ser iniciales.
44
La cota invert de salida de la tubería inicial deberá estar como mínimo a la profundidad del tráfico liviano o pesado, según se considere.
La cota invert de salida de la tubería de seguimiento deberá cumplir con
las especificaciones anteriormente descritas.
5.1.4 Ancho de zanjas
El ancho de la zanja, en centímetros, viene dado por la siguiente tabla: Tabla VI Anchos mínimos de zanja
Prof. De zanja
Diámetro
De 1.31 a 1.85 m
De 1.86 a 2.35 m
De 2.36 a 2.85 m
De 2.86 a 3.35 m
De 3.36 a 3.85 m
De 3.86 a 4.35 m
De 4.36 a 4.85 m
De 4.86 a 5.35 m
De 5.36 a 5.85 m
12” 75 75 75 75 75 75 75 75 80 16” 75 75 75 75 75 75 75 75 80 20” 75 75 75 75 75 75 75 80 80 24” 90 90 90 90 90 90 105 105 105 30" 110 110 110 110 110 120 120 120 120 36" 125 125 125 125 135 135 135 135 135
Fuente: Centro Regional de Ayuda Técnica. Instalación de tubería de concreto
La cantidad de tierra que se deberá excavar para colocar la tubería está
comprendida a partir de la profundidad de los pozos de visita, el ancho de
zanja, que depende del diámetro de tubería, y la longitud entre pozos.
La fórmula es la siguiente:
45
TDHHV ××⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ +
=2
21
En donde:
V = Volumen de excavación (m3)
H1 = Profundidad del primer pozo (m)
H2 = Profundidad del segundo pozo (m)
D = Distancia entre pozos (m)
T = Ancho de zanja
5.1.5 Pozos de visita
Los pozos de visita son obras accesorias de un sistema de drenajes y se
utilizan para verificar la limpieza de los colectores, la inspección y el buen
funcionamiento del alcantarillado.
Estas obras poseen una tapadera cuya abertura es de 0.50 m a 0.60 m. La
profundidad del pozo viene dada por la profundidad del colector principal,
tomando en cuenta las cotas invert ya mencionadas. Las paredes del pozo
generalmente son construidas de ladrillo de barro cocido o de concreto, aunque
también se pueden realizar colocando tubería de concreto de diámetros
grandes.
Se diseñarán pozos de visita para drenajes pluviales en los casos
siguientes:
- Al inicio de un tramo
- En las intersecciones de 2 o más tuberías
- En cambios de diámetros
46
- En cambios de pendiente
- En cambios de dirección
- En tramos rectos a distancias no mayores de 100 m
- En tramos curvos a distancias no mayores de 30 m
5.1.6 Tragantes
Los tragantes son construcciones en forma de aberturas en las calles y/o
aceras que tienen la función de percibir el agua de lluvia y trasladarla a los
pozos de visita. Estas obras son de uso exclusivo de los alcantarillados
pluviales y los puede haber de tres tipos:
- Tragantes de acera
- Tragantes de rejilla transversal
- Tragantes de rejilla longitudinal
A continuación se mencionan las condiciones para localizar tragantes:
- En las partes bajas de un sistema o de un tramo de la tubería.
- A 3.00 m de la orilla de la acera que forma la esquina.
- Por lo menos 100 m aguas abajo de una calle pavimentada.
- Cuando el tirante de agua es de 0.10 m
5.2 Diseño hidráulico
5.2.1 Coeficiente de escorrentía
Es el porcentaje del agua total llovida tomada en consideración, ya que no
todo el volumen de precipitación pluvial drena por medio de la alcantarilla
natural o artificial. Esto se debe a la evaporación, infiltración, retención del
suelo, etc., por lo que existirá diferente coeficiente para cada tipo de terreno, el
47
cual será mayor cuanto más impermeable sea la superficie. Este coeficiente
varía desde 0.01 a 0.95.
El coeficiente de escorrentía promedio se calcula por medio de la siguiente
relación:
( )∑
∑ ×=
aac
C
donde:
C = coeficiente de escorrentía promedio del área drenada
c = coeficiente de escorrentía en cada área parcial
a = área parcial (Ha)
Tabla VII Coeficientes de escorrentía
Tipo de superficie C Comercial Centro de la ciudad 0.70-0.75 Periferia 0.50-0.70 Residencial Casas individuales 0.30-0.50 Colonias 0.40-0.60 Condominios 0.60-0.75 Residencial sub-urbana 0.25-0.40 Industrial Pequeñas fábricas 0.50-0.80 Grandes fábricas 0.60-0.90 Parques y cementerios 0.10-0.25 Campos de recreo 0.20-0.35 Campos 0.10-0.30 Techos 0.10-0.30 Pavimentos Asfalto 0.70-0.95 Concreto 0.80-0.95 Adoquín 0.70-0.85 Terracerías 0.25-0.60 Aceras 0.75-0.85 Patios 0.35-0.65
48
Parques, jardines, paradas 0.05-0.25 Bosques y tierra cultivada 0.01-0.20
FUENTE: Ligia Hun. Diseño de pavimento rígido y drenaje pluvial.
5.2.2 Intensidad de lluvia
Es el espesor de la lámina de agua por unidad de tiempo, suponiendo que
el agua permanece en el sitio donde cayó. La forma en que se mide es en
milímetros por hora.
La intensidad de lluvia se determina a través de registros pluviográficos
elaborados por el departamento de hidrología del Instituto Nacional de
Sismología, Vulcanología, Meteorología e Hidrología (INSIVUMEH), con base
en estaciones pluviométricas ubicadas en inmediaciones de la cabecera
departamental.
La probabilidad de ocurrencia se tomará en 20 años, dada la fórmula
proporcionada por el INSIVUMEH para el departamento de Guatemala:
24
4604+
=t
I
donde:
I = intensidad de lluvia (mm/h)
t = tiempo de concentración (min)
5.2.3 Áreas tributarias
El factor de área determina el área que se va a drenar; generalmente ésta
se calcula como área tributaria y se expresa en hectáreas.
49
El área por drenar se determina haciendo la sumatoria del área de las
calles y el área de los lotes que contribuyen al ramal en estudio.
5.2.4 Tiempo de concentración
Es el tiempo requerido para que la tasa máxima de escurrimiento se
desarrolle en un punto de la alcantarilla. Se divide en tiempo de entrada y
tiempo de flujo dentro de la alcantarilla.
Para el diseño de sistemas de alcantarillado pluvial se considera que los
tramos iniciales tienen un tiempo de concentración de doce minutos. El tiempo
de flujo dentro de la alcantarilla, para tramos consecutivos, se calcula de
acuerdo con la siguiente fórmula:
V
LTT60
12 +=
donde:
T2 = tiempo de concentración en el tramo de estudio (min)
T1 = tiempo de concentración en el tramo anterior (min)
L = longitud del tramo anterior (m)
V = velocidad a sección llena en el tramo anterior (m/s)
5.2.5 Pendiente del terreno
Dado que los sistemas de drenaje pluvial trabajan por gravedad, existe
una pendiente mínima en el sistema que permite que el agua conducida se
desplace libremente. Esta pendiente es del 0.50% y la máxima es la que
alcance la velocidad máxima admisible para la tubería que se utiliza.
50
5.2.6 Caudal de diseño
Existen dos métodos para el cálculo del caudal de diseño: el empírico y el
racional. En el presente estudio se utiliza el método racional, que asume que el
caudal máximo para un punto dado se alcanza cuando el área tributaria está
contribuyendo con su escorrentía. Durante un periodo de precipitación máxima,
debe prolongarse durante un periodo igual o mayor que el que necesita la gota
de agua más lejana para llegar hasta el punto considerado.
Este método está representado por la siguiente fórmula:
360AICq ××
=
donde:
q = caudal (m³/s)
C = relación entre la escorrentía y la cantidad de lluvia caída (tabla VII)
I = intensidad de lluvia (mm/h)
A = área (Ha)
5.2.7 Velocidad de flujo a sección llena
La velocidad del flujo a sección llena se calculó con la relación de
Manning.
nSDV
21
32
003429.0 ××=
Donde:
51
V = velocidad de flujo a sección llena (m/s)
D = diámetro de la sección circular (plg)
S = pendiente del gradiente hidráulico (m/m)
n = coeficiente de rugosidad de Manning
n = 0.015 para TC diámetro menor de 24”
n = 0.013 para TC diámetro mayor de 24”
n = 0.009 para TPVC
5.3 Ejemplo de cálculo de drenaje pluvial
Tramo 42 – 43
Pendiente del terreno
%46.410054
39.9280.94% =×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=S
Pendiente de la tubería
%19.410054
01.9127.93% =×⎟⎠⎞
⎜⎝⎛ −
=S
Área tributaria acumulada = 1.0657 Ha
Tabla VIII Integración del coeficiente de escorrentía
Áreas tributarias C A C * A Techos 0.30 8.4578 2.53734 Calles adoquinadas 0.80 3.7967 3.03736 Aceras 0.75 0.6986 0.52395 Patios 0.45 1.4926 0.67167 Campos 0.20 1.0880 0.21760
52
Sumatoria 15.5337 6.98792 C = 0.45
Tiempo de concentración
min04.1382.160
5455.122 =×
+=T
Intensidad de lluvia
28.1242404.13
4604=
+=I mm/h
Caudal de diseño
55.1651000360
0657.128.12445.0=×
××=q l/s
Velocidad a sección llena
45.2015.0
19.412003429.0 21
32
=××
=V m/s
Caudal a sección llena
( ) 96.17810004
0254.01245.22
=×⎟⎟⎠
⎞⎜⎜⎝
⎛ ××=
πQ l/s
Relaciones q/Q y v/V
q/Q = 165.55/178.96 = 0.9251
De la tabla de elementos hidráulicos de una alcantarilla de sección
transversal circular (sin correcciones por variaciones en aspereza con la
53
profundidad) se obtiene la siguiente relación de v/V para la relación q/Q
encontrada
v/V = 1.1353
Velocidad del diseño
v = 1.1353 * 2.45 = 2.75 m/s
Entonces
Q > q 178.96 > 165.55 sí cumple
0.60 < v < 3.00 0.60 < 2.75 < 3.00 sí cumple
5.4 Desfogue del agua pluvial
5.4.1 Localización
El punto de descarga del drenaje pluvial proveniente de las dos colonias
estará localizado después del pozo de visita 52, en el punto más bajo de Robles
I, y se realizará el desfogue en el barranco de la quebrada Raspas, en donde
pasa el afluente que contribuye al río Naranjo.
5.4.2 Diseño
En general, se puede decir que cualquier disipador cuyas características
sean evitar la acción de erosión y caídas bruscas del agua es bueno si se
proyecta con suficiente criterio y cuidadoso estudio.
La obra de disipación de energía que se propone para la descarga del
caudal en este proyecto es por medio de aletas, debido a que este tipo de
54
disipador se adapta para caudales de gran magnitud y diferencias de caídas
grandes y medianas.
El disipador por medio de aletas resulta ser de un costo elevado en vista
de que, por ser perforado el terreno, los costos de excavación y obra civil
resultan bastante altos.
Debido a su localización y a que el caudal que se descargará es de agua
proveniente de lluvias, no representa una fuente de malos olores para los
vecinos.
Al finalizar el disipador se debe construir un zampeado de protección que
será el encargado de amortiguar la energía que imprime la velocidad del agua
para evitar erosiones en el terreno donde se descargará finalmente el agua.
Figura 6 Disipador por medio de aletas
55
FUENTE: Roberto Porres. Obras de disipación de energía.
56
Tabla IX Cálculo hidráulico del drenaje pluvial
57
Continuación…
58
Continuación…
59
Continuación…
60
61
6. RIESGO Y VULNERABILIDAD
En todas las etapas de diseño y construcción, pero en especial durante la
concepción del diseño de un proyecto, debe considerarse la probabilidad de
que en cualquiera de las fases, desde la preparación del terreno hasta mucho
después de la terminación, el proyecto puede poner en riesgo la salud o
seguridad pública u ocasionar pérdidas económicas a vecinos o a la
comunidad. No sólo deben tomarse en consideración los efectos de riesgo
identificables, sino también las consecuencias de eventos imprevistos.
6.1 Conceptos
Se puede definir al riesgo como el número esperado de muertos, heridos,
daños a la propiedad, interrupción a las actividades económicas o impacto
social debidos a un fenómeno natural o provocado por el hombre.
Una amenaza es la probabilidad de ocurrencia de un fenómeno natural de
determinada magnitud, en un área específica, de duración establecida y de
naturaleza definida, con múltiples efectos.
Desastre es un evento que causa un trastorno en los patrones normales
de vida, pérdida de vidas, pérdidas materiales y económicas debido a su
impacto sobre las poblaciones y daños a la infraestructura.
Vulnerabilidad es la capacidad de respuesta de una comunidad y sus
bienes ante un desastre.
62
Las medidas de mitigación son aquéllas que reducen el impacto de un
evento sobre la población, éstas pueden ser culturales y estructurales. Las
culturales evitan daño en la población a través de actitudes de la población o el
equipo de trabajo en la manera cómo enfrentan la situación. Las estructurales
tratan de reducir al mínimo el impacto del evento.
La gestión del riesgo establece:
Riesgo = Amenaza * Vulnerabilidad
Con esta fórmula se puede observar que al reducir la vulnerabilidad
disminuye el riesgo, ya que la amenaza es un factor que no se puede controlar
directamente.
6.2 Riesgo y vulnerabilidad en drenaje pluvial
En el proyecto de drenaje pluvial se pueden establecer dos fases de riesgo
y vulnerabilidad: durante la ejecución y cuando la obra ya está terminada. Para
ambos casos se menciona a continuación el tipo de riesgo que puede existir y
las medidas de mitigación que se pueden emplear para prevenir algún desastre.
Etapa de ejecución
- En el acarreo y colocación de los materiales de construcción pueden
ocurrir accidentes a los trabajadores. Para ello es necesario establecer
normas de seguridad y manipulación de los objetos que se utilizan en la
construcción.
63
- Cuando se excaven zanjas profundas existe el riesgo de un
desmoronamiento de las paredes, en bloques pequeños que pueden
causar algún daño físico al trabajador o inclusive partes grandes de la
pared que los pueden soterrar. En este caso los trabajadores deben
contar con cascos de protección para su labor dentro de las zanjas y al
mismo tiempo se deben construir parales temporales que no permitan
que la presión en el suelo o algún sismo cause derrumbes en la zanja.
- Las zanjas que se realizan en poblaciones habitadas presentan un riesgo
para toda la comunidad, sobre todo para los niños que juegan en las
calles y en especial por las noches. Atendiendo a esto, es necesario
colocar señales de peligro y pedir la colaboración de los vecinos.
Obra terminada
- Los sismos fuertes y terremotos producen efectos directos en los
sistemas de alcantarillado, como ruptura y separación de tuberías y
derrumbes en los pozos de visita. La mejor forma de reducir la
vulnerabilidad en estos casos es con una adecuada construcción al
verificar que se siguen todas las especificaciones del diseño. Después
del sismo o terremoto, es preciso que se compruebe si la tubería y los
pozos de visita han sufrido algún daño, para poderlo corregir en el menor
tiempo posible.
64
- Los huracanes, poco frecuentes en nuestro país pero que tienen una
probabilidad de ocurrencia, pueden inducir a inundaciones en la
lotificación, con el consecuente daño al pavimento, debido a que se
puede rebasar la capacidad del sistema. Para este caso, al igual que con
los sismos, la mejor medida de prevención es construir el drenaje de
acuerdo con las especificaciones y alturas que se presentan en los
planos, porque la red de drenajes se ha diseñado para una vida útil de 20
años de acuerdo con la fórmula de intensidad de lluvia que proporcionó
el INSIVUMEH para esa región, y con ello, se reduce casi a cero la
probabilidad del colapso. También se requiere que el drenaje esté libre
de basura acumulada y que causa obstrucción al paso del agua, para lo
cual se debe dar un mantenimiento de limpieza al inicio y al final de la
época de lluvia.
6.3 Riesgo y vulnerabilidad en adoquinamiento
Para el proyecto de adoquinamiento también se pueden separar las fases
de riesgo y vulnerabilidad que se presentan en el sistema de drenaje pluvial:
durante la ejecución y cuando la obra ya está terminada. Aplicando las medidas
que se exponen a continuación se puede reducir el grado de vulnerabilidad a
que están expuestos los componentes humanos y físicos existentes en el
proyecto.
Etapa de ejecución:
- Cuando se están transportando y colocando los materiales de
construcción pueden suceder accidentes a los trabajadores o pérdida de
material. En este caso se debe contar con normas de seguridad y
manipulación del equipo y material, así como divulgar dichas normas a
los trabajadores de una manera comprensible.
65
Obra terminada
- La mala compactación de la base produce asentamientos y deformación
del pavimento durante los primeros años de uso, accidentes para los
transeúntes y los vehículos, además de la formación de baches que
originan empozamientos de agua y dan lugar al surgimiento de
enfermedades. Para contrarrestar estos riesgos, se recomienda una
compactación del material base de buena calidad según las
especificaciones del diseño.
- Por efectos de la naturaleza, como sismos, el pavimento de adoquín
corre un gran riesgo de destrucción parcial. Para ello se debe contar con
una pequeña reserva de material en el caso de que sea necesario
sustituir los bloques de adoquín que han sufrido daños.
6.4 Medidas de mitigación comunitarias
Las medidas de mitigación y de prevención no se deben concentrar
únicamente sobre la respuesta a una situación de emergencia, sino también
sobre acciones anticipadas que reducen la magnitud del impacto de un
desastre, las cuales mejorarán la capacidad de atención de emergencias. Al
mismo tiempo, deben examinar las actividades que se realizan antes de la
emergencia, cuando se está llevando a cabo, o después de la misma.
El consejo comunitario de desarrollo de las colonias y todas las familias en
general deben apoyar en el transcurso de todo el proceso de construcción y
mantenimiento del mismo para alargar la vida útil de los proyectos que los
beneficiarán.
66
67
7. EVALUACIÓN DE IMPACTO AMBIENTAL
El impacto ambiental, en forma general, está asociado a los cambios o
efectos en los componentes biológicos, físicos, químicos y socioeconómico-
culturales del medio ambiente natural. Por ello la evaluación del mismo es
importante para el desarrollo de un proyecto.
7.1 Ubicación y descripción general del proyecto
Nombre del proyecto:
Drenaje pluvial de las colonias Robles I y II y adoquinamiento de la colonia
Robles I, San Juan Sacatepéquez, Guatemala
Descripción general del proyecto:
El proyecto consiste en la construcción del drenaje pluvial y del
adoquinamiento en las colonias mencionadas, utilizando tubería de concreto de
12 pulgadas a 40 pulgadas de diámetro, con una longitud de 3,364 metros, y
con adoquín de 8 centímetros de espesor, cubriendo un área de 24,160 metros
cuadrados. Con ello se beneficiará a un total de 1,665 habitantes de población
actual y 5,935 de población futura.
Vida útil del proyecto:
La tubería de concreto y el adoquín tienen una vida útil muy grande, sin
embargo, el proyecto fue diseñado para un periodo de 22 años, considerando 2
años de gestión y construcción de la obra.
68
Ubicación del proyecto:
Colonias Robles I y II, aldea Lo De Mejía, San Juan Sacatepéquez,
Guatemala.
Área y situación legal del proyecto:
El proyecto está situado en dos colonias, cuyos vecinos son propietarios
de los terrenos que habitan. El colector y el adoquinamiento están localizados
en calles que son propias de la urbanización.
Superficie estimada del proyecto:
La longitud del colector principal es de 3,364 metros y el área de
adoquinamiento es de 24,160 metros cuadrados.
Colindancias del predio y actividades que se desarrollan en el mismo:
Las colonias Robles I y II colindan al norte y al oeste con la colonia
Villaverde, y al sur y al este con la quebrada Raspas. Las calles de las colonias
son utilizadas para el tránsito de vehículos y peatones.
Trabajos necesarios para la preparación del terreno:
Será necesario efectuar trabajos de trazo y estaquedo, así como la
excavación y nivelación del suelo donde se realizará el adoquinamiento.
Vías de acceso:
La antigua carretera a San Raimundo se encuentra asfaltada en su
totalidad, y a partir de ella se accede a las colonias por una calle de terracería
de aproximadamente 700 metros de longitud.
69
7.2 Descripción del proceso
Recursos naturales que serán utilizados en las diferentes etapas:
El recurso será el mismo suelo proveniente de las excavaciones que se
realicen en las calles.
Sustancias o materiales que van a ser utilizados en el proceso:
Para la ejecución de los proyectos se utilizará agua en la etapa de
conformación de la subrasante, adoquín, cemento, arena, piedrín, block y hierro
en las fases de construcción.
7.3 Control ambiental
Residuos y contaminantes que serán generados:
No se generarán contaminantes, únicamente residuos de suelo
provenientes de la excavación.
Emisiones a la atmósfera:
Polvo proveniente de la excavación en el suelo y del cemento que se
usará en los dos proyectos.
Descarga de aguas pluviales:
Con el funcionamiento del sistema de drenaje pluvial se generará un
caudal de aproximadamente 800 a 2,000 litros por segundo en época de lluvia.
Desechos sólidos:
Material sobrante de la excavación del suelo para el proyecto de
adoquinamiento y del zanjeo para la implementación del drenaje pluvial. Dicho
material será removido del lugar.
70
Ruidos:
En el proceso de construcción se generarán ruidos provenientes de las
máquinas excavadoras y de la manipulación de herramienta.
Ya finalizada la construcción se generará ruido en el área de desfogue del
agua pluvial, el cual no afectará a los vecinos debido a su localización.
Contaminación visual:
En el proceso de construcción habrá contaminación visual provocada por
la maquinaria, el personal de trabajo y el material que se emplea para la
elaboración de los dos proyectos.
Existirá una modificación al paisaje en todas las calles debido a la
implementación del adoquín en la capa de rodadura.
71
8. PRESUPUESTO
Tabla X. Presupuesto total y cuadro de cantidades de trabajo
72
Tabla XI. Presupuesto de pozos de visita
73
Tabla XII. Presupuesto de tragantes
74
Tabla XIII. Presupuesto de colector principal
75
Tabla XIV. Presupuesto de Desfogue
76
Tabla XV. Presupuesto de trabajos preliminares
77
Tabla XVI. Presupuesto de capa de rodadura
78
79
9. CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN
Tabla XVII. Cronograma de ejecución de drenaje pluvial
80
Tabla XVIII. Cronograma de ejecución de adoquinamiento
81
CONCLUSIONES
1. Con los servicios de calles adoquinadas y drenaje pluvial se espera que
una cantidad considerable de personas se traslade a vivir a las colonias
Robles I y II, con el consecuente aumento del número de viviendas. Por
ello se efectuaron los diseños con la totalidad de los lotes ocupados y
previendo una mayor circulación de vehículos en el lugar.
2. Al finalizar el proyecto, los vecinos tendrán un mejor acceso a sus
viviendas y podrán contar con servicios más efectivos de seguridad,
ambulancias, camiones repartidores, recolectores de basura y otros, que
ayudarán a los habitantes de manera muy significativa para su progreso
como comunidad.
3. Se escogió como pavimento al adoquín, ya que éste presenta ventajas
de precio, colocación, reemplazo y utilización de mano de obra local,
comparado con los pavimentos rígidos o flexibles.
4. A través de los ensayos efectuados en el laboratorio, se pudo determinar
que el tipo de suelo existente en el lugar (limo-arcilloso) es un material
regular para subrasante; sin embargo, no se requiere estabilizarlo, pero
sí fue necesario diseñar el pavimento de adoquín para tráfico liviano con
una capa de sub-base.
5. La red de drenaje pluvial ayudará a conservar, por un tiempo más
prolongado, el pavimento de adoquín diseñado, ya que existirá menor
infiltración en el suelo existente y en las capas diseñadas.
82
6. Los proyectos diseñados presentan un alto riesgo en su etapa de
construcción, el cual puede ser reducido, al disminuir la vulnerabilidad,
mediante la implementación de normas de seguridad con los
trabajadores y con los vecinos.
83
RECOMENDACIONES
1. Contratar mano de obra local en la ejecución y así crear fuentes de
trabajo para el lugar, con lo que se beneficiarán doblemente al tener una
fuente de empleo en la que estarían construyendo servicios que les
favorecen a ellos mismos.
2. Construir el sistema de drenaje pluvial previo a la construcción del
pavimento de adoquín para evitar un gasto innecesario de remoción de
bloques de adoquín.
3. Verificar que la ejecución del proyecto se lleve a cabo de acuerdo con los
planos y tablas que se presentan en este trabajo, ya que cualquier
variación puede hacer que el sistema de drenajes pluviales no funcione
adecuadamente, y que el paso de los vehículos o la lluvia dañen el
pavimento, lo que resultaría en una pérdida económica que se puede
evitar.
4. Efectuar mantenimiento de limpieza en la red de drenaje pluvial al
comienzo y al final de la temporada de lluvia para garantizar que el
sistema funcione de una manera correcta y no existan obstrucciones que
impidan el flujo normal del agua de lluvia.
84
85
BIBLIOGRAFÍA
1. Centro Regional de Ayuda Técnica. Instalación de tubería de concreto. 1ª. Ed. México. Litografía Artística, 1968. 32 pags. 2. CRESPO Villalaz, Carlos. Mecánica de suelos y cimentaciones. 4ª. Ed.
México. Editorial Limusa, 1999. 183 pags. 3. DÍAZ Flores, Juan Carlos. Diseño de: pavimento y drenaje pluvial de un
sector de las Zonas 1 y 9, y drenaje sanitario del Cantón Choquí Zona 5, Quetzaltenango. Tesis de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 1998. 65 pags.
4. FIGUEROA López, Rodolfo Vinicio. Proyecto de mejoramiento del camino que une las aldeas Sacoj y Lo De Bran II, utilizando el adoquín como elemento de pavimentación. Tesis de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 1988. 71 pags. 5. FLORES Arango, Eddy Rolando. Análisis comparativo para la construcción de pavimentos flexibles, rígidos y semi-rígidos. Trabajo de graduación de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 2002. 195 pags.
6. HUN Aguilar, Ligia Elizabeth. Diseño de pavimento rígido y drenaje
pluvial para un sector de la aldea Santa María Cauqué, del municipio de Santiago Sacatepéquez, Sacatepéquez. Trabajo de graduación de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 2003. 96 pags.
7. LÓPEZ Jerez, Sergio Aníbal. Mejoramiento de las calles del municipio de Patzicía, Chimaltenango. Trabajo de graduación de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 2003. 163 pags. 8. MERRITT, Frederick. Manual del Ingeniero Civil, Tomos I & II. 4ª. Ed. México. McGraw-Hill, 2001. 1,320 pags.
86
9. PORRES Morataya, Roberto Julián. Obras de disipación de energía para descargas en túneles colectores de aguas negras. Tesis de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 1977. 63 pags.
10. RUANO Paz, Marco Antonio. Instructivo para pavimentación con adoquines de concreto en áreas rurales. Tesis de Ing. Civil. Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala. Guatemala, 1996. 83 pags.
87
APÉNDICE FIGURA 7. Planta general
88
FIGURA 8. Planta – perfil (drenaje pluvial)
89
FIGURA 9. Planta – perfil (drenaje pluvial)
90
FIGURA 10. Planta – perfil (drenaje pluvial)
91
FIGURA 11. Planta – perfil (drenaje pluvial)
92
FIGURA 12. Plano de detalles (drenaje pluvial)
93
FIGURA 13. Planta – perfil (adoquinamiento)
94
FIGURA 14. Planta – perfil (adoquinamiento)
95
FIGURA 15. Planta – perfil (adoquinamiento)
96
FIGURA 16. Planta – perfil (adoquinamiento)
97
FIGURA 17. Plano de detalles (adoquinamiento)
98
99
ANEXOS
Figura 18. Ensayo de límites de Atterberg
100
Figura 19. Ensayo de granulometría
101
Figura 20. Ensayo de compactación
102
Figura 21. Ensayo de Razón Soporte California (CBR)
