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CIP Colector Innovador Prefabricado para Comunidades Urbanas

“Reduce, Conserva y Mejora tu Calidad de Vida”

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Insti tuto Tecnológico de

Vil lahermosa

Reto: CAMBIO CLIMÁTICO

Desarrollar la capacidad de prevención y adaptación a los efectos del cambio climático

Nombre estudiante Edad (años)

Carrera Semestre No. Control

Jaime Arturo Gutiérrez Calva 22 Ingeniería Civil Noveno 12300595 Mario Alcidez Trejo Acosta 22 Ingeniería Civil Noveno 12300638



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1. Introducción

Las ciudades tienen la necesidad de desalojar de forma rápida y eficiente el agua

pluvial para evitar daños colaterales, su importancia se manifiesta en zonas con altas

precipitaciones y superficies poco permeables (CONAGUA, 2007); Tabasco registra

precipitaciones anuales de (2,750-4,000) mm (CONAGUA, 1996). Además de la

generación de 700 toneladas de desechos sólidos que se recogen en el municipio del

Centro y que un cierto porcentaje termina en la vía pública por el mal destino que se le

da (Fierro, 2015). Esta idea es ganadora del Premio CEMEX-TEC 2016 en la categoría

de Innovación en la construcción, es importante recalcar que este concurso es de

emprendimiento. Es finalista de la IV Copa de Ciencias 2016 y en el año 2015 fue

finalista del ENIT 2015, Expociencias 2015 y Jóvenes hacia la Investigación 2015. El

objetivo de nuestra propuesta en Vive Conciencia 2016 es promover un nuevo diseño

eficiente y eficaz de los colectores pluviales innovadores para las comunidades

urbanas.

2. Planteamiento

En algunas ciudades de nuestro país, las inundaciones es un evento muy común y la

Comisión Nacional del Agua (CONAGUA) expuso su interés en el Drenaje Pluvial

Sustentable; sistema que se está promoviendo en distintos países de Latinoamérica, en

otras palabras, que sea una obra consciente (Santoyo, 2013).

La ciudad de Villahermosa Tabasco cuenta actualmente con 600 ha de la superficie

urbana cubiertas por cuerpos de agua. Las cuales son receptoras de aguas pluviales,

aunado a esto se han estado presentando inundaciones debido principalmente a que no

se cuenta con un sistema de drenaje pluvial eficiente en su funcionamiento hidráulico y

estructural capaz de colectar las aportaciones requeridas, afectando periódicamente a

la población (CNA, 2013). A esto se le debe sumar un mal común: la basura, “en la

ciudad de Villahermosa diariamente se recolectan 700 toneladas de basura, de esta

cifra, 25 toneladas se trata de residuos sólidos que la ciudadanía arroja a las calles,

entre estos figuran: envases de plástico, bolsas de frituras, empaques, latas, entre

otros, representando el 3.5 por ciento del total, es decir que por cada mil habitantes, se



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están generando al día un total de 40 kilos de desechos sólidos” (Fierro, 2015),

provocando se tapen los colectores pluviales durante las lluvias, generando

encharcamientos en las principales vías y colonias. (Izquierdo, 2014).

Observando la problemática que impera en la ciudad y lo que esta provoca; planteamos

la siguiente interrogante ¿Se podrá minimizar el impacto de las precipitaciones pluviales

mediante una nueva propuesta de colector tipo boca de tormenta, utilizados en las

redes de alcantarillado?

3. Propuesta

En esta investigación se propone el diseño de un colector pluvial tipo boca de tormenta,

con adecuaciones innovadoras que permitan mejorar la eficiencia de operación en

cuanto al desalojo de escorrentía pluvial y sea capaz de resistir cargas axiales

provocadas por el tránsito vehicular. Se propone la construcción de este elemento con

un concreto con resistencias variables a la compresión desde 250kg/cm2 <= f`c <=

300kg/cm2, sus principales ventajas con respecto a uno convencional es que cuenta

con tres desarenadores para recolectar los residuos finos y una canastilla para los

residuos sólidos, es 100% prefabricado con cimentación incluida y puede adquirirse a

un costo rentable.

3.1 Metodología

La metodología para nuestra investigación fue propuesta en tres fases de desarrollo:

• Fase 1: Inspección de la zona de estudio y diseño arquitectónico del colector innovador

• Fase 2: Desarrollo de análisis hidráulico, estructural y de costos al colector innovador

• Fase 3: Supervisión de la construcción, instalación y evaluación estadística experimental del prototipo escala 1:1 del colector pluvial prefabricado.

3.1.1 Fase 1: Inspección de la zona de estudio y diseño arquitectónico del colector

En 2015 se realizó el monitoreo de la zona de estudio con el fin de determinar el diseño

arquitectónico óptimo que satisfaga el desalojo rápido y eficiente de las aguas

precipitadas en la zona, que resista los esfuerzos actuantes en él y que impidan el



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ingreso de desechos sólidos gruesos y finos. Retomando datos de localización,

topografía del sitio y una proyección de dimensionamiento de la obra de desagüe.

Se monitorearon 16 colectores como muestra del total existentes en la colonia Indeco

primera sección de la Avenida Mártires de Cananea del municipio del Centro en

Villahermosa, Tabasco. Se midió el ancho, largo y profundidad, del total de los

colectores monitoreados (ver figura 1).

Fuente: Gutiérrez y Trejo, 2015

Figura 1 Inspección de los colectores

Rediseño de dos colectores pluviales en la Avenida Mártires de Cananea Se realizó mantenimiento preventivo (desazolve) a dos colectores, se retiraron todos los

desechos sólidos (envases de PET, bolsas de nylon, bolsas de frituras, cartón, papel y

hojas) y materiales finos; comprobando ampliamente las fallas estructurales presentes

en la infraestructura de estas obras de desagüe (ver figura 2).


Figura 2 Mantenimiento del colector y recolección de desechos



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Las rejillas de los colectores se trasladaron a un taller de soldadura para realizarle un

procedimiento de limpieza y para evitar futuros taponamientos y corrosión del acero se

instaló una malla electrosoldada a la rejilla como medida preventiva captar la mayor

cantidad de desechos y evitar su ingreso al colector, se recubrió con pintura epóxica

para protegerla de los agentes de la intemperie (ver figura 3).

Fuente: Gutiérrez y Trejo, 2015 Figura 3 Retiro, transporte e instalación de la rejilla rediseñada del colector

37 días después de la instalación de la malla a la rejilla, se realizó mantenimiento

preventivo al colector y se comprobó el funcionamiento del rediseño ante las

precipitaciones pluviales (ver figura 4).


Figura 4 Muestra de los residuos captados por la rejilla rediseñada



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Diseño arquitectónico, hidráulico y estructural del colector Con los diversos datos retomados del monitoreo; necesarios para el diseño del colector

pluvial innovador, se realizaron bosquejos utilizando el programa AutoCAD, de acuerdo

a las medidas de colectores ya existentes. Se propuso la reubicación de los

desarenadores, colocándolos en la periferia del colector, para reducir el ingreso de

sedimentos y un espacio para colocar una canastilla para captar los residuos sólidos,

tomando en cuenta las normas mexicanas vigentes.

3.1.2 Fase 2: Análisis hidráulico, estructural y de costos al colector innovador Se desarrolló para la propuesta hidráulica utilizando la norma DT-NMX-Drenaje Pluvial

(PROY-NMX-AA-168-SCFI-2012). Además el diseño estructural desarrollado garantiza

que sea capaz de soportar los esfuerzos recibidos por el tránsito vehicular y empujes

del suelo con base en la norma vigente mexicana: Norma Técnica Complementaria

para el Diseño y Construcción de Estructuras de Concreto Reforzado (NTC-2004),

también apegándonos a los lineamientos de diseño del Manual de Obras Civiles de la

Comisión Federal de Electricidad y el Reglamento de Construcción del Estado de

Tabasco y considerando algunos datos de referencia de la ciudad para que el diseño

fuera óptimo y el análisis de costos se realizó en base al método del autor Suárez

Salazar 2004 (ver resultados). 3.1.3 Fase 3. Supervisión de la construcción, instalación y evaluación estadística

del colector innovador Está autorizado un financiamiento para desarrollar esta propuesta; por parte del

Tecnológico Nacional de México, con el No. 314 para el mes de octubre del 2016, se

realizará de forma prefabricada en un 100%, para una rápida instalación y evitar

retrasos en los tiempos de entrega (se medirá este parámetro), se supervisará que el

armado estructural, instalaciones hidráulicas queden construidos como está en los

planos ejecutivos. Se ha iniciado pláticas con el Regidor del Municipio del Centro,

Tabasco, para instalarlo en la entrada del andador 4 de la Avenida Mártires de Cananea

de la Colonia Indeco.



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3.2 Resultados

3.2.1 Inspección de la zona de estudio (ver figura 5).

Fuente: Gutiérrez y Trejo, 2015 Figura 5 Condiciones encontradas en los 16 colectores inspeccionados

El 100% de los colectores monitoreados presentó asolvamiento y taponamiento debido

a materiales finos y residuos sólidos. El 50% tiene fallas en su infraestructura y un 15%

socavamiento y destrucción parcial debido a la poca resistencia ante cargas de tránsito

pesado. Finalmente el 50% tuvo maleza dentro del colector

3.2.2 Evaluación de los colectores con rejillas rediseñadas Después de los 37 días se encontró que el colector logró captar 3 kg de residuos finos

es decir hubo una reducción del 15% con respecto al monitoreo anterior y un kilogramo

de residuos sólidos que represento u 35% menos comparado con el presente antes del

desazolve.

3.2.3 Diseño arquitectónico del colector Imagenes del diseño del colector definitivo, en donde se pueden apreciar los tres

desarenadores (residuos finos) y la canastilla (residuos sólidos) (ver figura 6).


Figura 6 Vistas del colector prefabricado



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3.2.4 Desarrollo de análisis hidráulico al colector innovador

El análisis hidráulico se realizó mediante los lineamientos establecidos por la norma DT-‐NMX-‐

Drenaje Pluvial (PROY-‐NMX-‐AA-‐168-‐SCFI-‐2012), cumpliendo así con los marcos legales de

seguridad estructural, para no perjudicar la capacidad de carga del elemento prefabricado,

determinando de esta forma la ubicación ideal de los albañales de desagüe y el diámetro

adecuado para desalojar las escorrentías presentes, determinando así que de su parte media

sale el albañal pluvial a la conexión al drenaje pluvial urbano, básicamente funcionando la parte

inferior como desarenador en el cajón principal, el albañal pluvial a la conexión al drenaje

pluvial urbano se determina acorde con el gasto de evacuación, o teniendo establecido una

dimensión mínima de 30 cm (12”) de diámetro, que se ubica en la parte media de la

profundidad del colector.

3.2.5 Desarrollo de análisis estructural al colector innovador Después de haber elaborado este análisis nos dieron como resultado los siguientes

armados de los elementos estructurales (ver tabla 1 y figura 7 y 8).

Tabla 1 Especificaciones de acero de refuerzo

Elemento Numero de varilla

Separación (cm)

Sentido Unión

Losa de cimentación #4 (1/2 “) 30 Longitudinal y

transversal

Soldadura

E6013

Tapa del colector* #3 (3/8 “) 20 Longitudinal y

transversal

Soldadura

E6013

Muro longitudinal #3 (3/8 “) 30 Longitudinal y

transversal

Soldadura

E6013

Muro transversal #3 (3/8 “) 30 Longitudinal y

transversal

Soldadura

E6013 *Si fuese de concreto armado Fuente: Gutiérrez y Trejo, 2016



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Figura 7 Vista y especificación de muros del cajón prefabricado


Figura 8 Vista y especificación de losa de cimentación del cajón prefabricado



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3.2.6 Análisis de precios unitarios (ver tabla 2).

Tabla 2 Comparación de costos de la propuesta con un colector convencional COLECTOR TRADICIONAL COLECTOR INNOVADOR (PROPUESTA)

Construcción de colector tipo boca de tormenta con muros de block macizo incluye rejilla de

acero

Colector pluvial boca de tormenta con desarenadores y tapa de rejilla con malla

electrosoldada Concepto Importe Concepto Importe Materiales $ 9,218.68 Materiales $ 15,919.16

Mano de obra $ 1,206.14 Mano de obra $ 700.00 Equipo

(herramienta) $ 96.49 Equipo

(herramienta) $ 56.00

Costo directo $ 10,521.31 Costo directo $ 16,675.16 Costo indirecto

(15%) $ 1,578.20 Costo indirecto

(15%) $ 2,501.27

Financiamiento (5%)

$ 604.98 Financiamiento (5%)

$ 958.82

Utilidad (12%) $ 1,524.54 Utilidad (12%) $ 2,416.23 Adicionales (3%) $ 426.87 Adicionales (3%) $ 676.54 Precio Unitario $ 14,655.89 Precio Unitario $ 22,228.03

Fuente: Constructora FABE, 2016 Fuente: Gutiérrez y Trejo, 2016

4. Conclusión

Se observó que implementar la malla a la rejilla en la parte superior evitó el ingreso del

95% de desechos sólidos, sin embargo, los materiales finos se seguían introduciendo.

Por eso en la propuesta se agregan desarenadores en la periferia del colector para los

desechos finos y una canastilla para retener los residuos sólidos. Posteriormente se

comprobó matemáticamente el funcionamiento eficiente de la propuesta y el análisis de

costos que, aunque parece elevado con respecto al tradicional, las ventajas que

presenta lo hacen rentable y sustentable con una vida útil de 20 años.

Es por ello que con esta propuesta se busca mejorar el funcionamiento de los sistemas

de alcantarillado pluvial, minimizando el tiempo de retención de aguas pluviales en vías

públicas para evitar los daños en bienes inmuebles y la integridad de las vidas

humanas, beneficiando a comunidades urbanas que padezcan de los efectos de las

lluvias.



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REFERENCIAS

Literatura citada

Antonio Carpio, Henry; García Sigaran, Neydy Carolina; Tobías Hernández, Kenny

Christian. “Propuesta de diseño del drenaje pluvial, alcantarillado sanitario y planta de tratamiento para las aguas residuales del casco urbano y colonia la entrevista del municipio San Cayetano Istepeque, Departamento de San Vicente”.

Tesis para obtener el grado de ingeniero civil, Universidad de El Salvador, 2011.

Banda Quezada, Segundo Gabriel; Bermeo Castillo, Lorena Elizabeth, “Diseño de los sistemas de alcantarillado sanitario y pluvial, estación depuradora de aguas residuales (EDAR) para el centro de albergue, formación, y capacitación juvenil de la fundación Don Bosco - Loja". Universidad Técnica Particular de Loja, 2012.

Bonilla Jaime, Gustavo Alan, “Revisión del sistema de alcantarillado de la zona deportiva dentro de ciudad universitaria, utilizando el software EPA SWMM”.

Universidad Nacional Autónoma De México, 2012.

Hernández-Castañeda, O. y Mendoza-Escobedo, C.J., “Durabilidad e infraestructura: retos e impacto socioeconómico”. INGENIERÍA Investigación y Tecnología VII. 1. 57-

70, 2005.

Padilla Santamaría, Mayra Alejandra; Ayala Villarraga, Mauricio, “Diseño de la red de alcantarillado sanitario y pluvial del corregimiento de la Mesa – Cesar”.

Universidad de La Salle, 2009.

Rodríguez Sánchez, Jorge; Vergara González, Eliseo Pablo. “Nuevas tendencias en la gestión de drenaje pluvial en una cuenca urbana”. Tesis para obtener el grado de

Maestro en Dirección de Proyectos, Universidad de La Rioja, 2013.

Terán Gilmore, Amador, “El futuro del diseño sismorresistente de las edificaciones de concreto reforzado: una visión basada en la sustentabilidad”. Universidad

Autónoma Metropolitana; Departamento de Materiales, 2005.



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Bibliografía

Ing. Carlos Suarez Salazar. Costos y Tiempo en Edificación. Editorial Limusa.’2008. Comisión Nacional del Agua (CNA). Manual de agua potable, alcantarillado y saneamiento. Edición 2007 ISBN: 978-968-817-880-5 Comisión Nacional del Agua (CNA). Diagnósticos de la infraestructura física de los sistemas de agua potable, alcantarillado sanitario y pluvial de las principales zonas urbanas del estado de Tabasco. (Licitación No.: IO-016B00988-N13-2013) Normas técnicas complementarias para: Diseño y construcción de estructuras de concreto (NTC-2004). Proyecto de Norma Mexicana (PROY-NMX-AA-168-SCFI-2012). Drenaje Pluvial Urbano – Especificaciones para el manejo del agua pluvial en zonas urbanas. SIAPA, 2014. Lineamientos Técnicos para Factibilidades de alcantarillado pluvial. Ligas de internet Fierro Flores, Leopoldo. (2015) “Tiran al día 25 toneladas de basura en calles de Centro”. Por Arnulfo de la Cruz, http://www.tabascohoy.com/2/notas/index.php?ID=247931, consultado al inicio de la investigación, mayo 2015. Izquierdo Coffin, Jaime. (2014) “Lluvias dejan encharcamientos en Villahermosa, Tabasco”. Notimex. http://www.unotv.com/noticias/estados/sureste/Lluvias-dejan-encharcamientos-en-Villahermosa-Tabasco-774724/. consultado al inicio de la investigación, mayo 2015.

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