Universidad Universi dad de San Carlo Carloss de d e Guatemala Guatemala Facul Facultad tad de d e 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 JA COBO QUAN HIDAL HIDALGO GO As eso rado ra do po r Ing. In g. Man uel Al fredo fr edo Ar r ivil iv il laga lag a Och aeta
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 ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBL ES I, SAN JUAN SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR JACOBO JA COBO QUAN HIDAL HIDALGO GO
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 DISEÑO DE DRENAJE PLUVIAL DE LAS COLONIAS ROBLES I Y II Y ADOQUINAMIENTO ADOQUINAMIENTO DE LA COLONIA ROBL ES I, SAN JUAN SACATEPÉQUEZ, GUATEMALA
TRABAJO DE GRADUACIÓN PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA POR JACOBO JA COBO QUAN HIDAL HIDALGO GO
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 NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA 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 Rodríguez
TRIBUNAL QUE PRACTICÓ 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 MIS AMIGOS
Javier y Mario David
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 3.3.1.1
CBR
3.4 Análisis de resultados
17 17 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
II
Espesores mínimos recomendados para capas de rodadura
30
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
Ac imut
Ángulo horizontal referido a un norte magnético arbitrario; su rango va de 0 a 360 grados.
Ad oq ui nes
Bloques de concreto fabricados en moldes, que en su conjunto forman parte de la capa de rodadura de un pavimento.
Ap is on ado
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 i nvert
Cota o altura de la parte inferior del tubo ya instalado.
Infraestructura
Conjunto de obras de una construcción. construcc ión.
Período Período d e
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. MONOGRAFÍA Y ESTUDIOS PRELIMINARES
1.1 Característic as 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 Característic as 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.
1
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 Servicio s público s
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.
2
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.
3
Figura 1. Localización de las colonias Robles I y II en el muni cipio de San Juan Sacatepéquez
4
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.
5
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.
6
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.
7
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 s uelo
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.
8
3.1.1 Análisis de granul ometría
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.
9
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. 3.1.2.1 1
Límite Lími te líquido líqu ido
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.
10
3.1.2. 3.1.2.2 2
Límite Lími te plásti pl ástico co
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. semisólid o. 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. 3.1.2.3 3
Índice Índi ce plásti pl ástico co
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.
11
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. 3.1.2.4 4
Índice Índi ce de grup gr upo o
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: IG = 0.2a + 0.005ac + 0.01bd
donde:
12
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 constr ucción
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
13
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.
14
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.
15
3.3 Determinación de la resis tencia del s uelo 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.
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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
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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: Clasificación:
Limo arcillo-arenoso color café
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/pie ³
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%.
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4. ADOQUINAMIENTO
4.1 Tipos de pavimento s
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.
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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 ti po 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.
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4.3 Elementos que forman el pavimento de adoquín 4.3.1 Subrasant e
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 limosoarcilloso), 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.
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-
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.
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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.
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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.
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-
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 asient o
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.
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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 rodadu ra
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.
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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 Adaptació n 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.
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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 tránsi to
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.
Tipo de tránsito Pesado Mediano Liviano
Carga de dis eño
Tránsito total durante 24 horas Total vehículos 3000 mín. 1000-3000 1000 máx.
Camiones autobuses 700 mín 250-700 250 máx.
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
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Camiones pesados 150 mín. 50-150 50 máx.
Carga de diseño (lb/rueda) 14000 12000 10000
4.6.3 Capa de rod adura 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
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. FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
4.6.4 Cama de asient o
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
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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. Requisito s para la capa base
Clasificación del tráfico Pesado Mediano Liviano
Granulometría para materiales col. A o B col. A, B, C o D col. A, B, C, D, E oF
Espesor CBR de 65 LL IP mínimo (cm) golpes mínimo máximo máximo 20 90 25 6 18 75 25 7 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: ⎧⎛ 2Tc + Tg ⎞ ⎫ ⎟ − (S + B + L )⎬ × Fd ⎩⎝ 3 ⎠ ⎭
Tsb = ⎨⎜
30
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: ⎛ 2Tc + Tg ⎞ ⎜ ⎟ ≥ Tc 3 ⎝ ⎠
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.
31
Figura 2.
Espesor del pavimento según el CBR
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
32
Figura 3.
Espesor del pavimento según el índice de grupo
FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
33
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 transversal longitudinal (%) mínimo (cm) Corte 0 20 Relleno 0 15 Corte 1 10 Relleno 1 5 Corte 2 0 Relleno 2 0 FUENTE: Rodolfo Girón. Diseño de pavimentos de adoquín.
34
Factor de incremento 1,25 1,20 1,15 1,10 1,05 1,00
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
35
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 ⎧⎛ 2Tc + Tg ⎞ ⎫ ⎟ − (S + B + L )⎬ × Fd ⎩⎝ 3 ⎠ ⎭
Tsb = ⎨⎜
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) ⎧⎛ 2(35) + 30 ⎞ ⎫ ⎟ − (8 + 15 + 3)⎬ × 1.00 3 ⎠ ⎩⎝ ⎭
Tsb = ⎨⎜
Pero debe cumplirse: ⎛ 2Tc + Tg ⎞ ⎜ ⎟ ≥ Tc ⎝ 3 ⎠
⇒
Esto es < 35, entonces adoptar 35 Tsb
=
35 - 26
Tsb
=
9 cm 36
⎛ 2(35) + 30 ⎞ ⎜ ⎟ = 33.33 3 ⎝ ⎠
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 Capa de base
9 cm 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
6m
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.
37
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.
Propor cion es para mezcla de concreto
Proporción volumétrica 1:2:2 1:2:2.5 1:2:3
Bolsas de cemento 9.8
Arena m³ 0.55
Grava m³ 0.55
9.1 8.4
0.51 0.47
0.64 0.71
Agua litros
Resistencia kg/cm²
227 226 216
217 195 165
FUENTE: Juan Pablo Sánchez. Guía práctica para costear y presupuestar la construcción de edificaciones
38
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.
39
Figura 5.
Apison ado
FUENTE: Jesús Moncayo. Manual de pavimentos.
40
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 Norm as 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 Veloci dades 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.
41
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.
ØA=ØB
CIS = CIE + 0.03
42
En donde: Ø A = diámetro c on el que entra la tubería Ø B = diámetro co n 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. ØA>ØB 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. ØA=ØB =ØC
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.
43
La cota invert d e salida de la tubería inicial deberá estar como mínimo a la profund idad del tráfico l iviano 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 Anch os mínimos de zanja
Prof. De De zanja 1.31 a Diámetro 1.85 m 12” 75 16” 75 20” 75 24” 90 30" 110 36" 125
De 1.86 a 2.35 m 75 75 75 90 110 125
De 2.36 a 2.85 m 75 75 75 90 110 125
De 2.86 a 3.35 m 75 75 75 90 110 125
De 3.36 a 3.85 m 75 75 75 90 110 135
De 3.86 a 4.35 m 75 75 75 90 120 135
De 4.36 a 4.85 m 75 75 75 105 120 135
De De 4.86 5.36 a a 5.85 m 5.35 m 75 80 75 80 80 80 105 105 120 120 135 135
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:
44
⎛ H 1 + H 2 ⎞ ⎟ × D × T ⎝ 2 ⎠
V = ⎜
En donde: V = Volumen de excavación (m 3) 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 vis ita
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 45
-
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 hidráulic o 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
46
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: C =
∑ (c × a ) ∑a
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 esco rrentía Tipo de superficie Comercial Centro de la ciudad Periferia Residencial Casas individuales Colonias Condominios Residencial sub-urbana Industrial Pequeñas fábricas Grandes fábricas Parques y cementerios Campos de recreo Campos Techos Pavimentos Asfalto Concreto Adoquín Terracerías Aceras Patios
C
0.70-0.75 0.50-0.70 0.30-0.50 0.40-0.60 0.60-0.75 0.25-0.40 0.50-0.80 0.60-0.90 0.10-0.25 0.20-0.35 0.10-0.30 0.10-0.30 0.70-0.95 0.80-0.95 0.70-0.85 0.25-0.60 0.75-0.85 0.35-0.65 47
Parques, jardines, paradas Bosques y tierra cultivada
0.05-0.25 0.01-0.20
FUENTE: Ligia Hun. Diseño de pavimento rígido y drenaje pluvial.
5.2.2 Intensidad de lluv ia
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:
I =
4604
t + 24
donde: I = intensidad de lluvia (mm/h) t = tiempo de concentración (min) 5.2.3 Áreas trib utarias
El factor de área determina el área que se va a drenar; generalmente ésta se calcula como área tributaria y se expresa en hectáreas.
48
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:
T 2 = T 1 +
L 60V
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.
49
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: q=
C × I × A 360
donde: q = caudal (m ³/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 fluj o a sección llena
La velocidad del flujo a sección llena se calculó con la relación de Manning. V =
0.003429 × D
2 3
× S
n
Donde: 50
1 2
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 ⎛ 94.80 − 92.39 ⎞ ⎟ × 100 = 4.46% 54 ⎝ ⎠
S % = ⎜
Pendiente de la tubería ⎛ 93.27 − 91.01 ⎞ ⎟ × 100 = 4.19% 54 ⎝ ⎠
S % = ⎜
Área tributaria acumulada = 1.0657 Ha Tabla VIII Integración del coeficiente de escorrentía
Áreas tributarias Techos Calles adoquinadas Aceras Patios Campos
C 0.30 0.80 0.75 0.45 0.20
A 8.4578 3.7967 0.6986 1.4926 1.0880 51
C*A 2.53734 3.03736 0.52395 0.67167 0.21760
Sumatoria
15.5337 C=
6.98792 0.45
Tiempo de concentración T 2 = 12.55 +
54 60 × 1.82
= 13.04 min
Intensidad de lluvia I =
4604 13.04 + 24
= 124.28 mm/h
Caudal de diseño q=
0.45 × 124.28 × 1.0657 360
× 1000 = 165.55 l/s
Velocidad a sección llena V =
0.003429 × 12
2 3
× 4.19
0.015
1 2
= 2.45 m/s
Caudal a sección llena ⎛ π (12 × 0.0254) 2 ⎞ ⎟ × 1000 = 178.96 l/s Q = 2.45 × ⎜ ⎜ ⎟ 4 ⎝ ⎠
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 52
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
5.4
Q>q
178.96 > 165.55
sí cumple
0.60 < v < 3.00
0.60 < 2.75 < 3.00
sí cumple
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
53
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
54
FUENTE: Roberto Porres. Obras de disipació n de energía.
55
Tabla IX
Cálculo hidráulic o del drenaje pluvial
56
Continuación…
57
Continuación…
58
Continuación…
59
60
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.
61
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.
62
-
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.
63
-
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 adoqui namiento
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.
64
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 comu nitarias
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.
65
66
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 socioeconómicoculturales del medio ambiente natural. Por ello la evaluación del mismo es importante para el desarrollo de un proyecto. 7.1 Ubicación y descrip ción general del pr oyecto
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.
67
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.
68
7.2 Descripc ión del proc eso
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.
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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.
70
8. PRESUPUESTO
Tabla X.
Presupuesto total y cuadro de cantid ades de trabajo
71
Tabla XI.
Presupuesto de pozos de visita
72
Tabla XII.
Presupuesto de tragantes
73
Tabla XIII.
Presupuesto de colector principal
74
Tabla XIV. Presupuesto de Desfog ue
75
Tabla XV.
Presupuesto de trabajos preliminares
76
Tabla XVI.
Presupuesto de capa de rodadura
77
78
9. CRONOGRAMA DE EJECUCIÓN
Tabla XVII. Cronog rama de ejecución de drenaje pluvial
79
Tabla XVIII.
Cronog rama de ejecución de adoqui namiento
80
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.
81
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.
82
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.
83
84
BIBLIOGRAFÍA
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86
APÉNDICE FIGURA 7. Planta general
87
FIGURA 8. Planta – perfil (drenaje pluv ial)
88
FIGURA 9. Planta – perfil (dr enaje pluvial)
89
FIGURA 10. Planta – perfil (drenaje pluvial)
90
FIGURA 11. Planta – perfil (drenaje plu vial)
91
FIGURA 12. Plano de detalles (drenaje plu vial)
92
FIGURA 13. Planta – perfil (adoqu inamiento)
93
FIGURA 14. Planta – perfil (adoqu inamiento )
94
FIGU FIGURA RA 15. 15. Planta – perfil (adoqu inamiento )
95
FIGU FIGURA RA 16. 16. Planta – perfil (adoqu inamiento )
96
FIGU FIGURA RA 17. 17. Plano de detalles detalles (adoqui namiento)
97
98
ANEXOS Figura 18.
Ensayo de límites de Atterberg
99
Figura 19. Ensayo de granulometría
100
Figura 20.
Ensayo de compactación
101