UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA CIVIL

DISEÑO DE EDIFICACIÓN PARA GIMNASIO Y SALÓN DE USOS MÚLTIPLES, Y AMPLIACIÓN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE,

DE LA CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANYÁ, DEPARTAMENTO DE CHIMALTENANGO

KIBONGE HIGUARD DAN RUIZ CASTILLO

Asesorado por Ing. Juan Merck Cos

Guatemala, octubre de 2004

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DISEÑO DE EDIFICACIÓN PARA GIMNASIO Y SALÓN DE USOS MÚLTIPLES, Y AMPLIACIÓN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE, DE LA

CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANYÁ, DEPARTAMENTO DE CHIMALTENANGO

TRABAJO DE GRADUACIÓN

PRESENTADO A JUNTA DIRECTIVA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA

POR

KIBONGE HIGUARD DAN RUIZ CASTILLO

ASESORADO POR: ING. JUAN MERCK COS

AL CONFERÍRSELE EL TÍTULO DE

INGENIERO CIVIL

GUATEMALA, OCTUBRE DE 2004

UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA FACULTAD DE INGENIERÍA

NÓMINA DE JUNTA DIRECTIVA

DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson

VOCAL I Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos

VOCAL II Lic. Amahán Sánchez Álvarez

VOCAL III Ing. Julio David Galicia Celada

VOCAL IV Br. Kenneth Isuur Estrada Ruiz

VOCAL V Br. Elisa Yazminda Vides Leiva

SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

TRIBUNAL QUE PRACTICÓ EL EXAMEN GENERAL PRIVADO

DECANO Ing. Sydney Alexander Samuels Milson

EXAMINADOR Ing. Juan Merck Cos

EXAMINADOR Ing. Ángel Roberto Sic García

EXAMINADOR Ing. Carlos Salvador Gordillo García

SECRETARIO Ing. Pedro Antonio Aguilar Polanco

HONORABLE COMITÉ 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 EDIFICACIÓN PARA GIMNASIO Y SALÓN DE USOS MÚLTIPLES, Y AMPLIACIÓN DE SISTEMA DE AGUA POTABLE,

DE LA CABECERA MUNICIPAL DE SANTA CRUZ BALANYÁ, DEPARTAMENTO DE CHIMALTENANGO

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

con fecha 4 de agosto de 2004.

Kibonge Higuard- Dan Ruiz Castillo

AGRADECIMIENTOS

Al Ing. Juan Merck Cos, por su asesoría, revisión y corrección del trabajo de

graduación.

A la Universidad de San Carlos de Guatemala, por haberme llenado de

conocimientos durante los años de estudio.

A la Facultad de Ingeniería, por haberme formado académicamente como

profesional.

A los catedráticos, por sus enseñanzas en cada una de las etapas de mi estudio

profesional.

A la Municipalidad de Santa Cruz Balanyá, Chimaltenango, por haberme

brindado la oportunidad de realizar el presente trabajo de graduación.

ACTO QUE DEDICO A Dios Por darme el privilegio de haber culminado con éxito otra

meta en mi vida. A mis padres Víctor Manuel Ruíz Méndez y Silvia Ivonne Castillo Rivera,

por su gran apoyo incondicional en todo aspecto hacia mi persona, para ustedes con mucho amor este logro que hoy alcanzo.

A mi padrinos Miriam Elizabeth Castillo Rivera y Jaime Rafael Castillo

Rivera, siendo al igual que mis padres un apoyo incondicional para mi vida, con mucho amor.

A mis hermanos Julio René López, Zandra Lorena Ruíz Castillo, y Víctor

Hugo Ruíz Castillo, por su apoyo, cariño, confianza y compañía en las diferentes etapas de estudio, gracias hermanos.

A mis sobrinitas Ailleen y Dasha. Mis dos grandes ángeles que llenan de

alegaría la vida de toda mi familia, también al angelito que viene en camino.

A mis abuelos María Francisca Méndez, José Isaac Ruíz, María Albertina

Rivera, Clemente Efraín Castillo, a ellos con mucho cariño, aunque no se encuentren físicamente, compartieron el deseo de que alcanzara esta meta.

A mi familia En general con mucho cariño a cada uno de ellos por el

apoyo que me brindaron. A mis amigos Gracias por su cariño y amistad sincera.

I

ÍNDICE GENERAL

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES.......................................................................V LISTA DE SÍMBOLOS...................................................................................VII GLOSARIO.....................................................................................................IX RESUMEN......................................................................................................XI OBJETIVOS..................................................................................................XIII INTRODUCCIÓN...........................................................................................XV 1. FASE DE INVESTIGACIÓN

1.1. Monografía del municipio de Santa Cruz Balanyá .................... 1

1.1.1. Aspectos generales….................................................... 1

1.1.2. Ubicación geográfica y situación demográfica…........... 2

1.1.3. Aspectos económicos y actividades productivas........... 3

1.1.4. Actividad agropecuaria y comercial............................... 3

1.1.4.1. Uso de la tierra................................................. 3

1.1.4.2. Actividad agropecuaria..................................... 4

1.1.4.3. Comercio y servicio.......................................... 5

1.1.4.4. Industria y artesanía......................................... 5

1.1.4.5. Infraestructura económica y servicios de

apoyo ………………………………………..…. 5

1.1.4.6. Comunicaciones y turismo............................... 8

II

1.2. Investigación diagnóstica sobre necesidades de servicios

básicos e infraestructura de la cabecera municipal de

Santa Cruz Balanyá.................................................................... 9

1.2.1. Descripción de las necesidades.................................... 9

1.2.2. Priorización de las necesidades.………………............ 10

2. FASE DE SERVICIO TECNICO PROFESIONAL

2.1. Diseño de edificación para gimnasio y salón de usos

múltiples del municipio de Santa Cruz Balanyá…...................... 11

2.1.1. Descripción del proyecto………………......................... 11

2.1.1.1 Espacio disponible…...................................... 12

2.1.1.1.2 Localización del terreno……….….. 12

2.1.1.1.3 Topografía del terreno………….… 12

2.1.1.2 Normas para el diseño de edificios……........... 12

2.1.1.2.1 Criterios generales…..………….…. 13

2.1.1.2.1.1 Criterios de conjunto…. 13

2.1.1.2.1.2 Criterios de iluminación 13

2.1.1.2.2 Otros criterios………………………. 15

2.1.1.2.3 Instalaciones.................................. 16

2.1.1.3 Espacios de recreación.................................... 16

2.1.2 Diseño estructural………………………………………... 16

2.1.2.1 Diseño arquitectónico………………….………. 16

2.1.2.1.1 Ubicación del terreno….…………... 17

2.1.2.1.2 Distribución de ambientes…….…… 18

2.1.2.1.3 Altura del edificio…………………... 18

2.1.2.1.4 Selección del sistema estructural a

usar…………………………………. 18

2.1.2.2 Análisis …………..…………………………… 18

III

2.1.2.2.1 Predimensionaminto estructural…. 19

2.1.2.2.2 Modelos matemáticos para el

diseño de columnas………….….... 19

2.1.2.2.3 Cargas aplicadas………………..... 20

2.1.2.2.3.1 Cargas verticales…..… 21

2.1.2.2.3.2 Cargas horizontales..... 22

2.1.2.2.4 Método de análisis estructural……. 22

2.1.2.2.5 Momentos últimos.…………………. 24

2.1.2.2.6 Diagrama de corte…………………. 25

2.1.2.3 Dimensinamieto….………………………....…… 26

2.1.2.3.1 Estructura para techos…..………… 26

2.1.2.3.2 Diseño de columna……..…………. 28

2.1.2.3.3 Diseño de cimiento...…………..….. 36

2.1.3 Planos constructivos…………………………………….. 42

2.1.4 Elaboración de presupuesto……………………………. 43

2.2 Ampliación del sistema de agua potable para la cabecera

municipal de Santa Cruz Balanyá.

2.2.1 Descripción del proyecto……………….……………….. 47

2.2.2 Recopilación de información de campo……………….. 47

2.2.2.1 Levantamiento topográfico……………….…… 48

2.2.2.1.1 Planimetría…..…………….………. 48

2.2.2.1.2 Altimetría………………..…………. 48

2.2.2.2 Fuentes de Agua………………………………. 48

2.2.2.2.1 Aforo de fuentes………….….…. 49

2.2.2.2.2 Calidad de agua …….……….… 49

2.2.3 Diseño hidráulico del sistema…………………………… 51

2.2.3.1 Descripción del sistema a utilizar……………. 52

IV

2.2.3.2 Normas y criterios de diseño………………….. 52

2.2.3.2.1 Periodo de diseño………………….. 52

2.2.3.2.2 Dotaciones….…………………..….. 53

2.2.3.2.3 Crecimiento poblacional……......…. 53

2.2.3.2.4 Captación…………………………… 54

2.2.3.2.5 Caja unificadora de caudales……. 55

2.2.3.3 Diseño de línea de conducción………………. 55

2.2.3.3.1 Sistema de desinfección ……….… 62

2.2.3.3.2 Integración de presupuesto…….… 62

2.2.3.3.3 Elaboración de planos…………..... 64

CONCLUSIONES..................................................................................... 65 RECOMENDACIONES............................................................................. 67 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................ 69 APÉNDICES............................................................................................. 71

V

ÍNDICE DE ILUSTRACIONES

FIGURAS

1. Planta típica, salón de usos múltiples........................................... 20

2. Cargas aplicadas………………………………………………….….. 21

3. Cargas verticales………………………………………….................. 22

4. Diagrama de corte y momentos de una viga doblemente

empotrado …………………………………………………………….. 23

5. Diagrama de momentos………...................................................... 24

6. Diagrama de corte.......................................................................... 25

7. Flecha luz de techo…….................................................................. 28

8. Zapata tipo 1…………………………………………………………… 37

9. Corte simple……………………………………………………………. 39

10. Corte punzonante……………………………………………………… 40

11. Detalle viga canal……………………………………………………… 42

12. Plano de distribución de ambientes, gimnasio y salón…………..... 73

13. Plano de acotado, gimnasio y salón……...…………………………. 74

14. Plano de secciones y elevaciones- gimnasio y salón.…………….. 75

15. Plano de techos y detalle de viga canal-gimnasio y salón.............. 76

16. Plano de cimientos y columnas- gimnasio y salón.......................... 77

17. Plano de detalle de columnas, cimientos y zapatas-gimnasio y

salón…………………………………………………………………….. 78

18. Plano de electricidad-gimnasio y salón e aulas............................. 79

19. Plano de detalle de juntas-gimnasio y salón.................................. 80

20. Diagrama de iteraciones para columnas rectangulares…………... 81

VI

21. Plano de planta y perfil-ampliación de agua.................................... 83

22. Plano de obras de arte……………................................................... 84

23. Grafica de clorinador…………………………………………………… 87

TABLAS

I. Soluciones arquitectónicas de techos……………………………... 27

II. Cálculo de columnas de gimnasio y salón …................................ 36

III. Cálculo de zapata de gimnasio y salón……………………………. 41

IV. Presupuesto gimnasio y salón……………………………………….. 45

V. Periodo de diseño de estructuras…………………………………… 52

VI. Presupuesto de ampliación de agua potable………………………. 64

VII. Tabla de cargas de para techos de cubierta curva…...……………. 82

VIII. Exámenes de laboratorio…………………………………………….. 85

IX. Libreta topográfica…………………………………………………….. 86

X. Colimadores…………………………………………………………… 87

VII

LISTA DE SÍMBOLOS

As. Área de acero de refuerzo

Av. Área de varilla

Az. Área zapata

CM. Carga muerta

CR. Centro de rigidez

CU. Carga última

CV. Carga viva

D. Deflexión

E. Esbeltez de la columna

Es. Módulo de elasticidad del concreto

Ec. Módulo de elasticidad del acero

I o Ig. Inercia de la sección total del concreto respecto al eje

centroidal, sin tomar en cuenta el acero de refuerzo

Kp. Factor de pandeo de la columna

Lo. Longitud de confinamiento de estribos

Lu. Longitud libre de pandeo de la columna

M(+). Momento positivo

M(-). Momento negativo

MSOP. Momento soportado usando el As mínimo

Mv. Momento de volteo

P. Carga aplicada a la columna

PCR . Carga crítica de pandeo de Euler

P'u. Carga de resistencia de la columna

VIII

q. Presión sobre el suelo

R. Rigidez de un elemento

tm. Espesor del muro de mampostería

Sn. Modulo de sección normal a la pieza

S┴. Modulo de sección perpendicular a la pieza

V. Velocidad del viento

VC. Fuerza cortante factorizada actuando en columnas

Vn. Corte normal

VR. Resistencia al esfuerzo cortante proporcionado por el

concreto

Vs. Valor soporte del suelo

V┴. Corte perpendicular

Wn. Carga normal

W┴. Carga perpendicular

βd. Factor de flujo plástico del concreto

ρBAL. Porcentaje de acero en la falla balanceada

ρtμ. Valor de la curva en el diagrama de interacción

σ. Radio de giro

ψ. Coeficiente que mide el grado de empotramiento a la

rotación, de una columna

φ. Factor de reducción de resistencia

γ. Valor del diagrama de iteración

Fy Resistencia del acero C. Coeficiente de la tubería PVC= 150

Hf. Hazen William

FDM Factor día máximo

Est Estación

IX

GLOSARIO

Aforo Medición del volumen de agua que lleva una corriente por

unidad de tiempo.

Carga Son todas aquellas fuerzas que actúan en forma

muerta permanente sobre los elementos que las soportan.

Carga Son todas aquellas fuerzas que actúan en forma no

viva permanente sobre los elementos que las soportan.

Caudal Volumen de agua escurrido en unidad de tiempo.

Cloración Método de desinfección del agua basándose en cloro.

Conducción Infraestructura utilizada para conducir el agua desde la

fuente al tanque de distribución.

Cota piezométrica Altura de presión de agua que se tiene en un punto dado.

Esfuerzo Es la fuerza aplicada por unidad de área, que soporta el

material.

X

Especificaciones Son las normas generales y técnicas de construcción

contenidas en un proyecto, disposiciones especiales o

cualquier otro documento que se emita antes o durante

la ejecución de un proyecto.

Estructuras Son construcciones artificiales, en las cuales todos sus

elementos están en equilibrio y reposo, los unos con

relación a los otros.

Infraestructura Conjunto de obras en una construcción.

Límite El mayor esfuerzo que un material es capaz de

elástico desarrollar, sin que ocurra la deformación permanente

al retirar el esfuerzo.

Mampostería Es en sistema constructivo que se basa en elementos

que van unidos entre si, por medio de una mezcla

conocida como mortero: arena, cemento, para soportar

cargas que se le apliquen.

Nacimiento Lugar en el cual un acuífero aflora o brota a la superficie

del terreno

XI

RESUMEN

El municipio de Santa Cruz Balanyá, departamento de Chimaltenango,

se ubica al nor-occidente del país. En la investigación realizada para efectos

del presente trabajo de graduación, se logró determinar que uno de los

problemas prioritarios en este municipio es: la falta de infraestructura para la

práctica del deporte y el fomento a la cultura, En este trabajo se describe el

procedimiento necesario para diseñar la infraestructura física de un gimnasio

y salón de usos múltiples, con énfasis en la parte arquitectónica y estructural,

utilizando techo de cubiertas curvas y muros de mampostería, para el diseño

de las partes estructurales del edificio.

Asimismo, se detectó que otro de los problemas, también de mucha

necesidad y de gran prioridad para el municipio, es la escasez de agua

potable que sufre la población y, por lo tanto, también se orienta a plantear

una solución al respecto, diseñando para el efecto, la ampliación del sistema

de agua potable, en el cual se incluye la unificación de dos nacimientos de la

comunidad, que serán llevados a un tanque de almacenamiento existente

aumentado así el caudal de agua que surte actualmente a la población.

El trabajo se divide en dos partes importantes: La primera:

corresponde a la fase de investigación, conteniendo la monografía del lugar,

así como un diagnóstico sobre necesidades de servicios básicos e

infraestructura.

XII

La segunda, se refiere a la fase de servicio técnico profesional en la

que se describe el diseño de un edificio que constituye, a la vez, un gimnasio

y salón de usos múltiples, en esta fase se realiza el análisis y diseño

estructural e instalaciones eléctricas, hidráulicas, drenaje y el diseño de una

línea de conducción para ampliar el caudal de agua potable y lograr así

satisfacer las necesidades de la comunidad. Posteriormente, se elaboraron,

los planos de cada proyecto y los respectivos presupuestos para la

ejecución de los mismos.

XIII

OBJETIVOS

General

Diseñar la edificación para salón de usos múltiples y gimnasio

municipal y Ampliación del sistema de agua potable para la cabecera

municipal de Santa Cruz Balanyá, Chimaltenango.

Específicos

1. Desarrollar una investigación de tipo monográfica y diagnóstica sobre

necesidades de servicios básicos e infraestructura del municipio de

Santa Cruz Balanyá, Chimaltenango.

2. Capacitar al personal de la Oficina de Planificación Municipal, en la

elaboración de perfil de proyectos y al personal de campo de la

municipalidad en la interpretación de planos.

XIV

XV

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de graduación, es el resultado de la labor realizada

dentro del programa del Ejercicio Profesional Supervisado de la Facultad de

Ingeniería de la Universidad de San Carlos de Guatemala, en la

municipalidad de Santa Cruz Balanyá del departamento de Chimaltenango,

dentro de las actividades desarrolladas, se encuentra la investigación de tipo

monográfica y el diagnóstico de las necesidades de servicios básicos e

infraestructura de la comunidad, que permitió detectar los diferentes

problemas que afronta la misma. Una vez determinados los problemas y

necesidades comunales, se logró establecer el orden de prioridad de cada

uno de dichos problemas y sus posibles soluciones.

El primer problema a solucionar, es la carencia de infraestructura

adecuada para el fomento y desarrollo del deporte y de la cultura en la

comunidad, por lo que, con la anuencia y participación de las autoridades

locales e instituciones de apoyo, se planificó como primer proyecto, el diseño

de un edificio que sirva como gimnasio y salón de usos múltiples.

El segundo problema a solucionar consistió en la escasez de agua

potable de la cabecera municipal planteando para el efecto, el proyecto de

ampliación del sistema de agua potable, el cual consiste en la captación de

dos nacimientos ubicados a las orillas del municipio, con lo cual se logrará el

aumento del caudal de agua ya existente, lo que permitirá el mejoramiento

del suministro de este vital líquido para la población.

XVI

Al final, se presentan los planos y presupuestos de cada proyecto. En

el diseño de la infraestructura física de los proyectos.

1

1. FASE DE INVESTIGACIÓN

1.1. Monografía del municipio de Santa Cruz Balanyá

1.1.1. Aspectos generales

El nombre BALANYÁ etimológicamente provine del vocablo kaqchiquel,

“Balan”, que significa: Tigre y “Ya”, que significa agua; es decir: Agua del tigre,

porque según se cuenta, en esa región habían muchos riachuelos que servían

de bebederos a los tigres.

El capitán Francisco Antonio de Fuentes y Guzmán, escribió en la

última década del siglo XVII, sobre cuatro pueblos que estaban en el valle de

Jilotepeque entre los cuales se menciona a Santa Cruz Balanyá, como un

pueblo numeroso y muy acomodado, pero muy extraviado y metido; de los mas

retirados del centro del valle hacia el norte de la montaña.

Por otro lado, según registros que mantiene la municipalidad, el título de

sus ejidos fue extendido con fecha 29 de noviembre de 1830.

2

1.1.2. Ubicación geográfica y situación demográfica

El municipio se encuentra ubicado en el departamento de

Chimaltenango, es uno de los dieciséis municipios que conforman dicho

departamento, la cabecera municipal está catalogada como de tercera

categoría, se localizada a 28 kilómetros al nor-occidente de la cabecera

departamental y a 84 kilómetros de la ciudad capital. Para llegar al municipio se

deben de recorrer dos kilómetros a partir de la carretera interamericana CA-1 la

cual conduce hacia el occidente del país.

Está ubicado en la parte central del departamento de Chimaltenango en

la Región V o Región Central, al occidente de la ciudad de Guatemala. Tiene

una extensión territorial de 40 kilómetros cuadrados, latitud 14°41’06” y longitud

90°55’06”, con una altura sobre el nivel del mar de 2,026 metros, la densidad

demográfica es de 135 habitantes por kilómetro cuadrado, según datos

demográficos obtenidos.

De conformidad con el X censo de población, y V de habitación realizado

en 1994 por el Instituto Nacional de Estadística (INE), el municipio tiene una

población de 5,408 habitantes, cuenta con 3 lugares poblados, sus habitantes

pertenecen al grupo étnico kaqchiquel en un 99.50 %, el porcentaje restante

pertenece al grupo ladino. Por grupos de edad 20.16% están entre los 0-6

años; 23.41% están entre los 7-14 años; 41.97% entre los 15-45 años; 11.17%

están entre 46-65 años; y 3.29% entre los 66 años o más.

3

1.1.3. Aspecto económico y actividades productivas

La economía es impulsada principalmente por el sector agropecuario, los

productos obtenidos por esta actividad son empleados en su mayoría para la

venta en los mercados vecinos y también son llevados a ciudad de Guatemala

para ser vendidos en los diferentes mercados de la misma, además son

utilizados para consumo familiar. También, se observa que una cantidad

considerable de la población emigra cada año a la ciudad capital para

desempeñarse en diferentes actividades de trabajo.

1.1.4. Actividades agropecuarias y uso de la tierra

1.1.4.1. Uso de la tierra

El territorio del municipio pertenece a las tierras sedimentarias, donde se

encuentra rodeado de barrancos, su extensión territorial es de 40 km2. Con

montañas y colinas moderadamente escarpadas. Las unidades bioclimáticas y

los suelos predominantes en el municipio poseen las características siguientes:

• Bosque muy húmedo montano bajo subtropical (BMHMBS) Altitud: 2,060 m. SNM

Precipitación pluvial anual: 900 a 2,200 milímetros

Temperatura media anual: 16 a 28 grados centígrados

Suelos: predominan los suelos profundos de textura mediana, bien

drenados, de color café, las pendientes van 5% a 12% y mas de 30%. El

potencial es para frutales de clima templado, maíz, fríjol, verduras, y flores.

4

Por lo anterior se deduce que en el territorio predomina la pequeña

propiedad agrícola, o sea el minifundio.

1.1.4.2. Actividad agropecuaria

El territorio destinado a la producción agrícola se dedica a los siguientes

cultivos:

• Granos: maíz, y frijol. De estos la mayor parte del producto se destina a la

venta en mercados vecinos y los mercados de ciudad de Guatemala y al

consumo familiar.

• Verduras y hortalizas: tomate, rábano, brócoli, ajo, cebolla, repollo, arbeja

china, coliflor, zanahoria, etc.

• Frutas: durazno, cirúela, níspero, aguacate, manzana, limón, etc.

La producción de los cultivos anteriormente mencionados, se realiza

mediante el uso de sistemas tradicionales. En algunos casos se utilizan

fertilizantes, semillas mejoradas y control de plagas.

La producción pecuaria es mínima, pero significativa para la economía

de algunas familias. Los productos son los siguientes:

• Ganado mayor: se tienen pequeños lotes de crianza de ganado bovino. De

estos, las crías se venden en diferentes mercados vecinos.

5

• Ganado menor: constituido por ovejas, cabras, cerdos y aves. La crianza es

de menor cuantía, la que se destina al consumo familiar en ocasiones

especiales o bien se comercializa localmente y en los alrededores.

En general, los productos agropecuarios se destinan a la venta, pero

también parte de su producción se comercializa en la localidad.

1.1.4.3. Comercio y servicio

La mayor ventaja con que se cuenta en el municipio con respecto a este

tema, es que la población lleva sus productos a los mercados más concurridos

y de gran movimiento comercial. Cuenta con establecimientos de comercio y

servicio, como tiendas, abarroterías, etc. No se reportan datos significativos

relacionados con la industria y la artesanía.

1.1.4.4. Industria y artesanía

El municipio de Santa Cruz Balanyá cuenta con una industria en

pequeña escala, la cual está basada en la producción de artesanías cómo

tejidos.

1.1.4.5. Infraestructura económica y servicios de apoyo

La infraestructura que contribuye social y económicamente a la

población es la siguiente:

6

• Sistema vial: la mayoría de los caminos de acceso a la aldea y caseríos del

municipio, son de terracería, accesibles en cualquier época del año.

Respecto a la aldea Chimazat, su entrada principal está adoquinada de la

escuela oficial de la localidad hasta la salida a la ruta Interamericana.

La situación de las calles en el área urbana del municipio: el acceso

principal del municipio es carretera asfaltada, que conecta a la carretera

Interamericana en el kilómetro 84. Las calles y avenidas de la cabecera

municipal en su mayoría están adoquinadas.

• Mercado: cuenta con un mercado semiformal, cuya actividad principal es

el día domingo de cada semana.

• Instalaciones: el total de familias que residen en el área rural es de 355

siendo Chimazat la aldea con mayor número de familias, que ascienden a la

cantidad de 286, tomando en cuenta sus caseríos o cantones Chiyax,

Chichavac. El caserío Chuixilon, cuenta con 69 familias. La mayoría de

familias cuentan con los servicios básicos, como agua potable, energía

eléctrica. También existe una escasez de servicios de drenaje en las aldeas

y caseríos.

El total de viviendas del municipio asciende a la cantidad de 1,404,

según los datos recabados, el tamaño promedio de las familias en el área

rural es de seis miembros por vivienda y para el área urbana es de cinco

miembros por familia.

7

• Salud: existen dos puestos de salud, uno se ubica en el casco urbano y el otro

en la aldea Chimazat. En cada uno se cuenta con los servicios de una

enfermera auxiliar con puesto fijo y una plaza presupuestada de un técnico en

salud, también prestan sus servicios comadronas y promotores de salud.

• Transporte: en lo referente al transporte extraurbano, existen tres empresas

que prestan este servicio las cuales son: Transportes: Ana Cecilia, San

Andrés y Yolandita; las dos primeras prestan el servicio extraurbano de Santa

Cruz Balanyá hacia la ciudad de Guatemala y viceversa. Con respecto al

Transporte Yolandita cubre el recorrido de Santa Cruz Balanyá a

Chimaltenango y viceversa.

• Cementerio: El municipio tiene a su disposición un cementerio que cubre está

necesidad.

• Deportes: la infraestructura deportiva en el área rural y urbana del municipio

se destaca en las canchas de fútbol y básquetbol, la aldea Chimazat cuenta

con dos estadios de fútbol los cuales no están en buenas condiciones dado

que no existe un engramillado adecuado.

En el casco urbano existen dos canchas de básquetbol una que está

ubicada en el parque central del municipio y la otra que se ubica la orilla sur

del Municipio; ambas no tienen las condiciones adecuadas para la

realización de este deporte, debido a que no cuentan con un techo y

alumbrado adecuado. La cancha de fútbol se encuentra en la orillas este de

la cabecera municipal y las instalaciones si están adecuadas para la práctica

de este deporte.

8

• Templos: existe la iglesia católica que se encuentra ubicada en a un costado

del parque central del municipio de Santa Cruz Balanyá, también existen

varios templos cristianos de los cuales algunos están en fase de

construcción y/o ampliación.

1.1.4.6. Comunicaciones y turismo

En el municipio existe una oficina de correos y telégrafos que cubre este

servicio en la población y se ubica a un costado de la iglesia católica de la

cabecera municipal. El servicio telefónico es del tipo celular y éste es muy

eficiente y existe un buen número de servicios telefónicos de carácter

comunitario.

No se registra turismo en el municipio, por carecer de sitios atractivos

para tal fin, además el lugar no estimula la estancia en el municipio. Por dichas

razones no se tiene una infraestructura básica para acoger al visitante, tales

como hoteles y otros servicios fundamentales para el fomento de esta industria.

La fiesta titular se celebra cada año el 3 mayo, realizando en estos días

variadas actividades culturales.

9

1.2. Investigación diagnóstica sobre necesidades de servicios básicos e infraestructura de la cabecera municipal de Santa Cruz Balanyá

1.2.1. Descripción de las necesidades

En lo que respecta a la infraestructura para la práctica del deporte y el

fomento a la cultura, se puede apreciar que las instalaciones actuales para

estas áreas no son aptas, dado que las que existentes no cumplen con los

requisitos mínimos para el desenvolvimiento apropiado de la población al hacer

deporte a cualquier hora del día y parte de la noche. También se observa que

las instalaciones del salón de usos múltiples del municipio no tiene la

capacidad para lograr albergar a la población que asiste a las actividades

culturales, sociales y otros eventos, por lo que la realización del proyecto que se

plantea a través de la presente documentación, coadyuvaría enormemente a la

solución de este problema y obviamente al fomento de la cultura y el deporte de

los habitantes del municipio.

Asimismo, se detectá que el municipio de Santa Cruz Balanyá afronta

diferentes problemas en cuanto a la implementación de servicios básicos de

fundamental importancia, tales como: mercado, rastro, agua potable, drenajes,

electricidad, nomenclatura urbana, etc.

Entre los servicios básicos mencionados, reviste primordial importancia

para la comunidad el servicio de agua potable; servicio que es cubierto

actualmente por un sistema que aunque cubre las necesidades mínimas de la

población, requiere que las autoridades locales planifiquen e implementen la

captación de nuevos caudales de agua para la ampliación del sistema que

dota el vital liquido, lo cual permitiría solventar la carencia de agua potable y

que la población logre el desarrollo de una vida digna y por lo tanto decorosa.

10

1.2.2. Priorización de las necesidades

Entre las necesidades incluidas en la priorización puede mencionarse:

Necesidad de la captación de nuevos caudales de agua para la ampliación del

sistema de agua potable actual; necesidad de infraestructura adecuada para el

desarrollo cultural y deportivo de la comunidad; necesidad del mejoramiento del

saneamiento ambiental del municipio a través de: tratamiento de basura,

drenajes, necesidad de ampliación de sistemas de energía eléctrica y medios

de comunicación (caminos vecinales), y la necesidad de hacer conciencia en la

población a efecto de lograr la protección constante los recursos naturales del

municipio.

En este proceso de priorización, la comunidad definió como proyectos

prioritarios: la construcción de un salón de usos múltiples y gimnasio municipal,

y ampliación del sistema de agua potable.

11

2. FASE DE SERVICIO TÉCNICO PROFESIONAL

2.1. Diseño de la edificación para gimnasio y salón de usos múltiples, cabecera municipal de Santa Cruz Balanyá

2.1.1. Descripción del proyecto

El proyecto consta de una edificación para gimnasio y salón de usos

múltiples, con un techo de cubierta curva, columnas de concreto reforzado y

muros de mampostería.

El edificio contará con los siguientes ambientes:

• 1 Escenario

• 4 Graderios

• 2 Baños

• 1 Tienda

• 2 Vestidores

• Área de deportes

12

2.1.1.1. Espacio disponible

2.1.1.1.1. Localización del terreno

El terreno se ubica a un costado del parque central de la cabecera

municipal, en el cual existe una cancha de básquetbol y salón comunal

debidamente separados, estas construcciones serán demolidas para ubicar el

gimnasio y salón de usos múltiples. Siendo el área disponible de construcción

de 891 metros cuadrados.

2.1.1.1.2. Topografía del terreno

El predio disponible, es totalmente plano, y de un tipo de suelo

adecuado para este tipo de construcción.

Tiene las siguientes dimensiones:

• 33 metros de largo.

• 27 metros de ancho.

• 891 Metros cuadrados como área total.

2.1.1.2. Normas de diseño de edificios

Para la disposición y distribución de áreas, aspectos arquitectónicos y de

funcionamiento, se aplicaron las normas contenidas en el manual de Diseño y

Desarrollo de Edificios del INFOM y las Normas de Planificación Para Viviendas

del FHA.

Las normas aplicadas en este trabajo se describen a continuación.

13

2.1.1.2.1. Criterios generales

2.1.1.2.1.1. Criterios de conjunto

• Orientación del edificio: La orientación ideal de las ventanas es de

Norte a Sur, de preferencia abriendo las ventanas hacia el norte; sin

embargo, la orientación será definida en el terreno.

El edificio se adecua bien a estas características, debido a que las

ventanas se abrirán en dirección al Norte y Sur.

• Superficie y altura del edificio: la superficie varía en función de las

necesidades a satisfacer, tanto en capacidad como en el tipo de

deporte o actividad que se realice.

Con lo que respecta a la superficie, se propone que la edificación sean

paredes de la misma altura y un techo de cubierta curva.

2.1.1.2.1.2. Criterios de iluminación

Generalidades de la iluminación en el edificio: la iluminación debe ser

abundante y uniformemente distribuida, evitando la proyección de sombras y

contrastes muy marcados. Para lograr lo anterior, deben tomarse en cuenta los

siguientes criterios:

• Es importante el número, tamaño y ubicación de las ventanas y/o

lámparas.

14

• Un local pequeño recibe mejor iluminación que uno grande, pero sus

dimensiones dependen de los requerimientos de espacio.

• Los acabados más brillantes permiten mayor reflexión de la luz y, dan

como resultado, una mejor iluminación.

Tipos de iluminación: Por su procedencia, la iluminación se divide en

natural y artificial. La iluminación natural, por la ubicación de las ventanas, se

divide en unilateral, bilateral y cenital. Se describen a continuación:

• Iluminación natural unilateral: cuando sólo un lado tiene ventanas; las

ventanas deben tener un área del 25% al 30% del área total de piso; y el

muro opuesto a la ventana estará a una distancia no mayor de 2.5 veces

la altura del muro de ventana.

• Iluminación natural bilateral: cuando existen ventanas en las paredes

laterales; las ventanas deben tener un área entre 25% a 30% del área

de piso del ambiente.

• Iluminación natural cenital: la iluminación es por medio de ventanas

colocadas en el techo, para esta iluminación se toma como área de

ventanas del 15% al 20% del área total de piso.

• Iluminación artificial: se acepta únicamente cuando sea muy

justificado; debe ser difuso, para evitar molestias en la vista; también

debe ser lo más parecido a la iluminación natural.

La iluminación utilizada para la edificación, es la natural bilateral, natural

cenital y artificial. Debido al tipo de edificación que se planificó.

15

2.1.1.2.2. Otros criterios

Ventilación: La cantidad disponible de aire en el ambiente, tiene gran

importancia en el desarrollo de cualquier actividad.

Para este caso se utilizó el criterio de una ventilación adecuada para el tipo de

edificación que se ha planificado, por medio de las ventanas y la ventilación que

proporciona el techo de cubierta curva.

Confort acústico: Es importante que en un salón de usos múltiples exista el

confort acústico, ya que éste influye grandemente en el estado anímico y el

grado de concentración del individuo. Es necesario que no exista ninguna

interferencia sonora entre los ambientes, ni ruidos que sobrepasen los límites

aceptables de tolerancia.

• Para que no interfiera el ruido proveniente del exterior, ubicar los

establecimientos en zonas tranquilas, pero de no ser posible esto, se

debe orientar el edificio de manera que el viento se lleve los ruidos.

• Para prevenir la interferencia entre ambientes, separar los ambientes

ruidosos de los tranquilos, tomando en cuenta la dirección del viento.

• Para disminuir el ruido interno del ambiente, construir con materiales

porosos, ya que éstos absorben el ruido, también las patas del mobiliario

y equipo deben tener aislantes acústicos.

16

2.1.1.2.3. Instalaciones Las instalaciones en los edificios son hidráulicas, sanitarias y eléctricas.

En su diseño y colocación se debe garantizar lo siguiente:

• Seguridad de operación

• Capacidad adecuada para prestar el servicio

• Duración razonable y economía de mantenimiento

• Servicio constante

• Protección contra agentes nocivos, principalmente ambientales

2.1.1.3. Espacio de recreación

El espacio recreativo está conformado por el área que será utilizada para

la realización del los deportes o cualquier actividad cultural que se realice en las

instalaciones del gimnasio y salón de usos múltiples, la cual es un área de 609

m2.

2.1.2. Diseño estructural

2.1.2.1. Diseño arquitectónico El diseño arquitectónico se refiere a darle la forma adecuada y distribuir

en conjunto los diferentes ambientes que componen el salón. Para tener un

lugar cómodo y funcional para su uso. Para lograrlo, se deben tomar en cuenta

los diferentes criterios arquitectónicos, principalmente para este caso, la

Sección de Diseño y Desarrollo de Edificios del INFOM y las Normas de

Planificación Para Viviendas del FHA.

17

Los edificios se deben diseñar de acuerdo a las necesidades que se

tengan; además, estarán limitados por el espacio disponible, los recursos

materiales y las normas de diseño que existan. La tipología arquitectónica se

elegirá basándose en el criterio del diseñador y/o propietario. Para el caso del

salón de usos múltiples se necesita un escenario, dos vestidores y el área

restante para el público.

Los resultados del diseño arquitectónico, sobre la base de los criterios de

la Sección de Diseño y Desarrollo de Edificios del INFOM, las Normas de

planificación para viviendas del FHA, el propietario y el diseñador, se presentan

en los apéndices, figura 8.

2.1.2.1.1. Ubicación del edificio en el terreno

El edificio del salón de usos múltiples abarca todo el terreno, para

aprovechar al máximo el área disponible para su construcción. (Véase pág. 20

figura. 1)

El edificio contará con los siguientes ambientes:

• 1 Escenario

• 4 Graderios

• 2 Baños

• 1 Tienda

• 2 Vestidores

• Área de deportes

18

2.1.2.1.2. Distribución de ambientes

La forma de los ambientes y su distribución dentro del edificio se hace

del modo tradicional, por ser ésta la que más se ajusta a las necesidades

existentes y al espacio disponible.

2.1.2.1.3. Altura del edificio

El edificio tendrá un nivel por razones de seguridad y economía. La altura

del muro será de 4.50 m en todos los ambientes, con estas medidas se

pretende dar confort, tanto a los ambientes como a los espacios de circulación.

Con lo que respecta la altura del techo es de 6.75 metros de flecha luz.

2.1.2.1.4. Selección del sistema estructural a usar

En la selección del sistema estructural influyen los factores de

desempeño, economía, estética, materiales disponibles en el lugar y la técnica

para construir la obra. El resultado debe comprender el tipo estructural, formas

y dimensiones, los materiales, y el proceso de ejecución.

Para este caso, se ha elegido el sistema estructural básico de columnas

aisladas o columnas con carga axial y momento uníaxial con un techo de

cubierta curva de lámina de zinc y muros de mampostería.

2.1.2.2. Análisis

Análisis estructural es el proceso para determinar las respuestas de la

estructura ante las acciones exteriores que puedan afectarla. Para el salón de

usos múltiples se hace el análisis estructural de la forma siguiente:

19

2.1.2.2.1. Pre-dimensionamiento estructural

Predimensionar la estructura es dar medidas preliminares a los

elementos que la componen, que serán utilizados para soportar las cargas

aplicadas. Se puede recurrir a la experiencia en obras similares y utilizar

métodos analíticos cortos, los que se describen a continuación:

Columnas: el método que se utiliza para predimensionar las columnas

determina la sección y se basa en la carga aplicada a ésta. En este caso en

particular se desea guardar simetría en las dimensiones de las columnas, por

tal razón se toma la columna crítica, es decir, la que soporta mayor carga. La

medida resultante se aplica a todas las demás.

Fórmula: ancho de la columna = Lu / 13.5

Donde: Lu = altura efectiva de la columna en metros

Solución: ancho de la columna = 5.5/13.5 = 0.407 mts.

Se propone una columna de 40*40 cm.

2.1.2.2.2. Modelos matemáticos para el diseño de columnas aisladas

Se debe de representar con las cargas que afectan al elemento

estructural, que en este caso es el diseño de la columna aislada, debido a esto

las columnas analizadas son las que soportaran dichas cargas como se

muestra en la figura1.

20

Figura 1. Planta típica de salón de usos múltiples

2.1.2.2.3. Cargas aplicadas

Todo tipo de estructura está sometida a cargas de diferente índole,

existen varios criterios para clasificarlas, se debe de distinguir de acuerdo a la

dirección de su aplicación.

21

16 paneles en 5 metros

Peso por panel 404 lb. = 183 Kg. (tabla VII)

P = 16 *183Kg. = 2,928 Kg. / m

W = 2,928/27 = 108 Kg. / m2 Figura 2. Cargas aplicadas

W=108.60Kg/m2

5.5mts.

27mts.

2.1.2.2.3.1. Cargas verticales

Las cargas que afectan las columnas son las áreas tributarias del techo,

debido a que es un techo de cubierta curva se utilizarán solo cargas muertas.

Los valores a utilizar en este caso son los siguientes:

Carga muerta (CM)

Peso del techo= 108.60 Kg. /m

22

Figura 3. Cargas Verticales

W=108.60Kg/m

5.5mts.

27mts.

2.1.2.2.3.2. Cargas horizontales

Existen dos fuerzas horizontales, de viento y de sismo, a las que está

expuesto comúnmente un edificio. Además, el análisis realizado con una, cubre

los efectos que podría causar la otra si se presentará. Guatemala es un país

con riesgo sísmico, por tal razón se diseñan los edificios tomando en cuenta

este fenómeno. En las cargas de diseño de techos de cubierta curva se

estipula la carga de viento que puede afectar el techo.

2.1.2.2.4. Método de análisis estructural

El método de análisis a utilizar, es el de columnas con cargas axiales,

tomando en cuenta las cargas para techos de cubierta curva, según tabla VII.

Es por eso que se utilizará para el análisis el diagrama de carga

distribuida para una viga doblemente empotrada. Como se muestra en la figura

siguiente:

23

Figura 4. Diagrama de corte y momentos de una viga doblemente empotrada

L W

WL / 2 WL/2

L/2 L/2

Figura 5. Diagrama de corte y momentos para una columna con carga horizontal

P P*L P L

Corte Momentos

24

2.1.2.2.5. Momentos últimos

En el análisis de los momentos últimos para las columnas con cargas

axiales y momentos uníaxiales, se utilizó el diagrama de momentos para una

columna con carga horizontal puntual, el diagrama utilizado es el siguiente:

16 paneles en 5 metros

Peso por panel 296 lb. = 134 Kg. (tabla VII)

P = 16 *134 Kg. = 2,152 Kg. / m

M= P*L=2,152 Kg. *5.5 m.=11,836 Kg-m

Figura 5. Diagrama de momentos

P=2,152 Kg. P*L=11,836 Kg-m .

L

Momento

Debido a que el diseño es de una columna con carga axial y momento

uníaxial, se utilizará el momento que es el siguiente:

M (-)= 11,836 Kg.-M.

25

2.1.2.2.6. Diagrama de corte Para el cálculo del corte se utilizo el siguiente dato:

W= 2,152 Kg. / m.

Utilizando la fórmula del diagrama de corte para una columna con

carga puntual horizontal se tiene:

V= 2,152 Kg.

Figura 6. Diagrama de corte para una columna con carga horizontal

P P

L

26

2.1.2.3. Dimensionamiento

2.1.2.3.1. Estructura para techos

El techo es proporcionado por una empresa de techos de cubierta

curva, la materia prima consiste e rollos de lámina de acero, de calidad

estructural, recubierta con aluzinc, ( una aleación de aluminio y zinc; en su

mayoría aluminio) que es extremadamente resistente a la corrosión lo que da

como resultado un techo altamente durable.

El aluzinc tiene una vida útil 4 veces mayor que cualquier tipo de

lámina, los espesores de la lámina que se utiliza en cada caso, equivalen

aproximadamente a lo que comercialmente se le conoce como los calibres

22,24,y 26.

Montaje: Una vez fabricado los paneles y cuando están al nivel del

suelo se engrapan para formar grupos de paneles o paquetes. Estos paquetes

se levantan y se colocan en su lugar definitivo con una grúa, finalmente los

paquetes ya motados se engrapan entre si y así el techo queda totalmente

instalado, siendo en este caso el método de instalación de cubiertas metálicas

mas rápido del mercado.

Soluciones arquitectónicas:

Existen 5 soluciones básicas y son las siguientes:

27

Tabla I. Soluciones arquitectónicas de techos

Solución

Luz Mínima

Luz Máxima

Relación

Flecha / Luz Optima

Piso a piso

4.00

20.00

½

Sobre paredes o estructura metálica

2.00

30.00

1/6

Sobre paredes o estruc. Metálica o

simplemente apoyada

2.00

8.00

1/10

Recta

0.10

60.00

1/8

Diferencia de alturas

Variable

Variable

Variable

28

Luces y flechas permisible:

Figura 7. Flecha luz de techo de cubierta curva

Flecha

Luz

La relación flecha/luz se define así:

Si es 1/6 entonces flecha = luz/6

A nivel las luces y flecha permisibles son:

Luz min. (m): 2.00 Luz máx. (m): 30.00 Rel. flecha/luz min. : 1/10 Rel. flecha/luz máx. : 1/2

2.1.2.3.2. Diseño de columna

Las columnas son elementos estructurales que están sometidas a

carga axial y momentos flexionantes. Para el diseño, la carga axial es el valor

de todas las cargas últimas verticales que soporta la columna, esta carga se

determina por áreas tributarias. Los momentos flexionantes son tomados del

análisis estructural. Para diseñar la columna, se toma el mayor de los dos

momentos actuantes en extremos de ésta.

29

Para este caso, se diseñan las columnas críticas, es decir, las que están

sometidas a mayores esfuerzos. El diseño resultante para cada columna es

aplicado a todas las columnas. En esta sección se describe el procedimiento

que se sigue para diseñar las columnas típicas del edificio.

Columna con carga axial y momento uníaxial Datos: Son obtenidos del análisis estructural. Los valores del corte y los

momentos son críticos, ya que se diseñan con los datos mayores.

Sección = 0.40*0.40 m Lu =Longitud de la columna = 5.50 m Mx = 0 Kg-m My = 11,8366 Kg-m Vc = corte último = 2,152 Kg

Determinación de carga axial:

• Cálculo de carga axial: CU = 1.4CM + 1.7CV CU = 1.4(108.60) = 152.04 Kg/m2

• Cálculo del factor de carga última: FCU = CU / (CV + CM) = 152.04 / 108.60 = 1.40

• Cálculo de la carga axial: PU =At*Cu PU =(5*27/(2))*152.04 = 10,263 Kg At = 67.5 m2, tomado por áreas tributarias.

30

Clasificar la columna por su esbeltez (E): Una columna es esbelta cuando los

diámetros de su sección transversal son pequeños en relación con su longitud.

Por el valor de su esbeltez (E), las columnas se clasifican en cortas (E<21),

intermedias (21≤ E ≤ 100) y largas (E>100). El objetivo de clasificar las

columnas es para ubicarlas en un rango; si son cortas se diseñan con los datos

originales del análisis estructural; si son intermedias se deben magnificar los

momentos actuantes, y si son largas no se construyen.

La esbeltez de la columna en el sentido Y se calcula con:

• Cálculo de coeficientes que miden el grado de empotramiento a la rotación

en las columnas (Ψ): Extremo superior:

ΨA = (∑ EM Ī/2) / (∑ EM Ī/2) EM (como todo el marco es del mismo material) = 1

Ī = La inercia se toma del análisis estructural

ΨA = 0.18/(0.18+0.4*2+0.07) = 0.17 Extremo inferior: ΨB = (0.18)/(0.18+0.40*2) = 0.18 Promedio: ΨP = (ΨA + ΨB) / 2 = (0.17 +0.18)/2= 0.175

• Cálculo de coeficiente K:

K = ((20 – ΨP )/20)(1+ ΨP)1/2 para ΨP < 2

K = 0.9 (1+ ΨP)1/2 para ΨP ≥ 2

Entonces se utiliza K = ((20 – ΨP )/20)(1+ ΨP)1/2 K = ((20-0.17)/20)(1+0.17)1/2 = 1.07

31

• Cálculo de la esbeltez de la columna:

E = KLu / σ, donde σ = 0.40 (Lado menor para columnas rectangulares)

E = (1.074*5.50) / (0.40*0.40) = 36.92

Por los valores obtenidos de E, tanto en el sentido Y, la columna se

clasifica dentro de las intermedias, por tanto se deben magnificar los momentos

actuantes.

Magnificación de momentos: Cuando se hace un análisis estructural de

segundo orden, en el cual se toman en cuenta las rigideces reales, los efectos

de las deflexiones, los efectos de la duración de la carga y cuyo factor principal

a incluir es el momento debido a las deflexiones laterales de los miembros, se

pueden diseñar las columnas utilizando directamente los momentos calculados.

Por otro lado, si se hace un análisis estructural convencional de primer

orden, como en este caso, en el cual se usan las rigideces relativas

aproximadas y se ignora el efecto de desplazamientos laterales de los

miembros, es necesario modificar los valores calculados con el objetivo de

obtener valores que tomen en cuenta los efectos de desplazamiento. Para este

caso, esa modificación se logra utilizando el método ACI de magnificación de

momentos:

Sentido “y”

• Cálculo del factor de flujo plástico del concreto: βd = CMU / CU = 152.04/152.04 = 1.00 (Ver, cálculo de carga axial en la

Página 29)

32

• Cálculo del EI total del material: EĪ = (Ec* Īg / 2.5) / (1 + βd); Ec = 15,000(f'c)1/2; Īg = (1/12) bh3

EĪ = ((15,100*2101/2)(404/12)/2.5)/(1+1) = 9.34x109 Kg-cm2 = 934 T-m2

• Cálculo de la carga crítica de pandeo de Euler:

Pcr = π2(EĪ) / (KLU)2 = π2(934) / (1.075*5.50)2 = 264.19 T

• Cálculo del magnificador de momento:

δ = ______1________ ≥ 1 1 – (PU / Φ Pcr) δ = 1/(1-(10.26/0.70*264.19) = 1.06

• Cálculo de momentos de diseño: Md = δ * MU Mdy = 1.06 (11,836)= 12,546 Kg-m Acero longitudinal: Para calcular el acero longitudinal de las columnas existen

varios métodos; los que se aplican según el tipo de cargas a las que está

sometida la columna. Existen columnas sometidas a carga axial, carga axial y

momento uniaxial, carga axial y momento biaxial, y carga axial y momento

triaxial.

Para este caso, todas las columnas son del tipo carga axial y momento

uniaxial. El diseño exacto de este tipo de columnas requiere un procedimiento

difícil, pero existen métodos aproximados que dan buenos resultados, uno de

estos es el de BRESLER. Este método sencillo ha sido comprobado mediante

resultados de ensayos y cálculos exactos. El método consiste en que dado un

sistema de cargas actuantes, se debe calcular el sistema de cargas resistentes.

Φ = 0.70 si se usan estribos Φ = 0.75 si se usan zunchos

33

El procedimiento a seguir es el siguiente:

• Cálculo de límites de acero: según ACI, el área de acero en una columna

debe estar dentro de los siguientes límites 1% Ag ≤ As ≤ 6% Ag

AsMIN = 0.01 (40*40) = 16 cm2 AsMÁX = 0.06 (40*40) = 96 cm2

• Se propone un armado, se aconseja iniciar con un valor cerca de AsMIN

Armado propuesto: 8 No. 6 = 8(2.87) = 22.96 cm2 Para este método se usan los diagramas de interacción para diseño de

columnas (apéndice 1, figura 16). Los valores a utilizar en los diagramas son:

• Valor de la gráfica:

γ = hNUCLEO / hCOLUMNA = (0.40-(2*0.04))/0.40 = 0.80

• Valor de la curva:

ρtμ = AsFy / 0.85f'c Ag = (22.96*2,810)/(0.85*(40*40)210) = 0.23

• Excentricidades: ey = Mdy / PU = 12,546/10,262.70 = 1.22

• Al conocer las excentricidades se calcula el valor de las diagonales ey / hy = 1.22/0.40 = 3.05 Con los datos obtenidos en los últimos cuatro pasos, se buscan los

valores de los coeficientes Ky, este es: Ky = 0.10.

34

Por último se calculan las cargas:

• Carga de resistencia de la columna a una excentricidad ey

P'uy = Ky*Φ*f'c*b*h = 0.10*0.70*210*40*40 = 23,520 Kg.

• Carga axial de resistencia de la columna:

P'o= Φ(0.85 f'c (Ag-As)+ AsFy) =0.70(0.85*210(1,600-22.96)+(22.96*2,810))

= 242,213.47 Kg.

• Carga de resistencia de la columna: P'u = __________1___________ = 1/(1/23,520-1/242,213.47) (1/ P'uy – 1/ P'o) = 26,049 Kg. Como P'u > Pu el armado propuesto si resiste las fuerzas aplicadas, si

esto no fuera así, se debe aumentar el área de acero hasta que cumpla.

Acero transversal (estribos): Después de calcular el acero longitudinal de las

columnas, es necesario proveer refuerzo transversal por medio de estribos y/o

zunchos para resistir los esfuerzos de corte y/o por armado. Por otro lado, en

zonas sísmicas, como en Guatemala, se debe proveer suficiente ductilidad a las

columnas. Esto se logra por medio del confinamiento del refuerzo transversal en

los extremos de la misma. El resultado del confinamiento es un aumento en el

refuerzo de ruptura del concreto, que además permite una deformación unitaria

mayor del elemento.

35

El procedimiento para proveer refuerzo transversal a las columnas se

describe a continuación:

• Refuerzo por corte

Se calcula el corte resistente:

VR = 0.85*0.53(f'c)1/2bd = 0.85*0.53(210)1/2(40*36) = 9400 Kg. Comparar VR con VU, con los siguientes criterios:

Si VR ≥ VU se colocan estribos a S = d/2 Si VR < VU se diseñan los estribos por corte

Para ambas opciones debe considerase que la varilla mínima permitida es

la No. 3, en este caso VR >VU, se colocan estribos a S = d/2= 36/2 =18 cm

• Refuerzo por confinamiento

La longitud de confinamiento se escoge entre la mayor de las siguientes

opciones, que para este caso es la marcada con negrilla y subrayada:

Lo = Lu / 6 = 5.50/6 = 0.90 m

Lado mayor de la columna = 0.40 m

Luego se calcula la relación volumétrica:

ρs = 0.45 ((Ag/Ach) – 1)(0.85f'c/Fy); ρs ≥ 0.12(f'c/Fy)

ρs = 0.45 ((402/322) – 1)(0.85*210/2,810) = 0.016

36

Y por último el espaciamiento entre estribos en la zona confinada es:

S1 = 2Av / ρsLn = (2*0.71)/(0.016*32) = 2.77 cm. ≈ 3 cm. Los resultados del diseño de la columna típica, ubicada, se encuentran

en la tabla II.

2.1.2.3.3. Diseño de cimientos

Los cimientos son elementos de la estructura destinados a recibir las

cargas propias y las aplicadas exteriormente a la misma; estos a su vez

transmiten la acción de las cargas sobre el suelo. Para elegir el tipo de

cimentación a utilizar se deben considerar, principalmente, el tipo de

superestructura, la naturaleza de las cargas que se aplicaran, las condiciones

del suelo y el costo de la misma. Para el presente proyecto se utilizarán un tipo

de zapatas y el cimiento corrido bajo los muros de mampostería, (figura 16).

Tabla II. Cálculo de columnas de Gimnasio y Salón

Refuerzo longitudinal Refuerzo transversal

Columna Cargas Refuerzo Cortes Confinar Refuerzo

Sección = 0.40 X 0.40

Lu = 5.50

My =11,836 Pu= 10,263.62

Mdy= 12,546 P'u=26,049

kg

8 No. 6

Vuy = 2,152

Lo = 0.90 S1 = 0.0368

30 Estribos No.3 @. 0.03 m. en extremos, y el resto a 0.18 m

37

Zapata tipo 1. Datos: Son obtenidos del análisis estructural y del estudio del

suelo. Los valores de los momentos últimos en columnas son los críticos, ya

que se diseñan con los datos mayores (ver figuras 6 y 7 ver página 24 y 25).

Los datos a utilizarse para el diseño de esta zapata son los siguientes:

Figura 8. Zapata tipo 1

1.00

My = 11,836. Kg-m

Pu = carga última 10,262.70 Kg

Vs = valor soporte del suelo = 15 T/m2

Psuelo = 1.4 T/m3 Pconcreto = 2.4 T/m3

Fcu = 1.40 (se obtiene igual que en las columnas)

Datos de zapata: la losa de la zapata debe dimensionarse para soportar las

cargas aplicadas y las reacciones inducidas. En este inciso se calcula el área

de la losa; los cálculos a efectuar son:

• Cálculo de cargas de trabajo: P' = Pu/Fcu = 10,262/1.40 = 7,330.50 Kg

M'y =My/Fcu = 11,836/1.40= 8,454.00 Kg-m

• Predimensionamiento del área de la zapata: Az = 1.5P' / Vs = (1.5*7,330.50)/15,000 = 0.73 m2

38

Se propone usar las dimensiones aproximadas Az = 1.00*1.00= 1.00 m2

• Revisión de presión sobre el suelo: la zapata trasmite verticalmente al

suelo las cargas aplicadas a ella por medio de la superficie en contacto con

éste, ejerce una presión cuyo valor se define por la fórmula:

q = P/Az ± M'x /Sx ± M'y/Sy Donde S = (1/6)bh2; además se debe tomar en cuenta que q no debe ser

negativo, ni mayor que el valor soporte del suelo (Vs). Para la zapata se

tiene:

Sx = Sy = (1/6)1.0*1.02 = 0.16 mt3

P = P' + PCOLUMNA + PSUELO + PCIMIENTO

= 7.330 + (5.50*0.402*2.4) + (1.00*1.00*1.4) + (1*0.30*2.4) = 11.23 T

q = 11.23/0.73 ± 8.45/0.16

qMÁX = 68.19 T/m2 no cumple, excede el Vs

qMIN = -37.42 T/m2 no cumple

Como la presión máxima sobre el suelo excede el Vs, se debe aumentar el

área, es decir, se hace otro predimensionamiento, hasta que cumpla.

• Segundo predimensionamiento: Área propuesta Az = 2.50*2.50= 6.25 mt2

Sx = Sy = (1/6)2.50*2.502 = 2.61 mt3

P = 7.330 + (5.50*0.402*2.4) + (6.25*1.00*1.4) + (6.25*0.30*2.4) =22.70T

q = 22.70/6.25 ± 8.45/2.61

qMÁX = 6.86 T/m2 cumple, no excede el Vs

qMIN = 0.40 T/m2 cumple, sólo compresiones

39

Presión última: como se observa en los cálculos anteriores, la presión está

distribuida en forma variable, pero para efectos de diseño estructural se toma

una presión última usando el criterio:

qu = qMÁX*Fcu = 6.86*1.40 = 9.61 T/m2

Espesor de zapata: dimensionada el área se procede a dimensionar el espesor

de la zapata, basados en que el recubrimiento del refuerzo no sea menor de

0.075 m, y que el peralte efectivo sea mayor de 0.15 m, este espesor debe ser

tal que resista los esfuerzos de corte.

Al considerar lo anterior, se asume t = 0.35 m. Luego se hacen las

revisiones siguientes:

• Chequeo de corte simple: la falla de la zapatas por esfuerzo cortante

ocurre a una distancia igual a d (peralte efectivo) del borde de la columna,

por tal razón se debe comparar en ese límite si el corte resistente es mayor

que el actuante, esto se hace de la forma indicada a continuación: Figura 9. Corte simple

2.50 d

0.78

A

40

d = t – Recubrimiento-Φ/2 = 35-7.5-(1.91/2) = 27 cm

Vact = A*qu = 0.78*2*9.61 = 15.00 T

VR = 0.85*0.53(f'c)1/2bd

= 0.85*0.53(210)1/2(250*27)/1000 = 44.06 T

Vact < VR si cumple

• Revisión de corte punzonante: la columna tiende a punzonar la zapata

debido a los esfuerzos de corte que se producen en el perímetro de la

columna; el límite donde ocurre la falla se encuentra a una distancia igual a

d/2 del perímetro de la columna. La revisión que se realiza es:

Figura 10. Corte punzonante

2.50

0.30+d

A L

Vact = A*qu = (2.502-0.782)*9.61 = 54.22 T

VR = 0.85*1.06(f'c)1/2bd = 0.85*1.06(210)1/2((57*4)*27)/1000=80.38 T Vact < VR si chequea

41

Diseño de refuerzo: el empuje hacia arriba del suelo produce momento flector

en la zapata, por tal razón, es necesario reforzarla con acero para soportar los

esfuerzos inducidos:

• Momento último: éste se define tomando la losa en voladizo con la fórmula: Mu = qu*L2 / 2 = 9.61*1.302/2 = 8.12 Ton-m, donde L es la distancia

medida del rostro de la columna al final de la zapata.

• Área de acero: el área de acero se define por la fórmula:

As = ( B*d – ((Bd)2 – (M*b / 0.003825f'c))1/2 (0.85 f'c /Fy); AsMIN = 0.002Bd

As = 3.24 cm2; AsMIN = 0.002*100*27= 5.40 cm2

Se debe de utilizar el AsMIN debido a que es mayor que el As

El espaciamiento entre varillas de refuerzo está definido por: S = Av / As;

donde S < 0.45 m. Si se usa varilla No. 4 se tiene S = 1.27/5.4 = 0.23 m. Por seguridad se usará un S = 0.20. Tabla III. Cálculo de zapata de gimnasio y salón

ZAPATA DATOS Az / t/ qu CORTE REFUERZO SIMPLE Vact = 15,000 VR = 44,060.00

1

Mx = 0 My =11,836.00 Pu = 10,262.0 Fcu = 1.40

Az = 2.50*2.50 t = 0.35 qu = 9,610

PUNZONANTE Vact = 54,220 VR = 80,380

Mu = 8,120 AsMIN= 5.4 cm2 S = 0.20 No. 4 @ 0.25 en ambos sentidos

42

Viga canal: Es un elemento al cual se ancla el techo de cubierta curva, es decir

que es un elemento de apoyo para está estructura. Los apoyos como la viga

canal pueden ser de concreto o de metal. Para este caso se utilizó un

elemento de concreto, el cual los fabricantes del techo proporcionan las

respectivas soluciones para este tipo de elemento. Como se presenta a

continuación el armado de la viga canal es de 3 varillas No 3 en la cama

superior y en cama inferior se utilizo 4 varillas No 3, siendo anclado el elemento

en las columnas tipo “A”.

Figura 11. Detalle viga canal

2.1.3. Planos constructivos

Se elaboraron los planos de distribución de ambientes, planta acotada,

plano de elevaciones y secciones, planta de techos y viga canal, planta de

cimentaciones y columnas, detalle de columnas y cimientos, planta eléctrica y

planta de losas de concreto y detalle de juntas, se presentan en los apéndices.

43

2.1.4. Elaboración de presupuesto

El presupuesto es un documento que debe incluirse en el diseño de todo

proyecto de ingeniería, ya que da a conocer al propietario si el mismo es

rentable, posible y conveniente en su ejecución. Existen varias formas de

realizar un presupuesto, que varían de acuerdo al uso que se le dé. Para el

proyecto que se está diseñando, se elaboró un presupuesto desglosado por

renglones de trabajo:

Desglose del proyecto por renglones de trabajo: aquí se separan cada uno

de los componentes por unidades de ejecución y se enumeran por renglones,

se trata de ordenarlos según la secuencia lógica de ejecución.

Cuantificación de los renglones de trabajo: ya desglosado el proyecto, se

procede a asignarle a cada renglón una unidad de medida, luego se calculan

todas las cantidades de trabajo de cada renglón.

Precio unitario: el precio por unidad de medida o unidad de pago se saca por

medio de la integración del costo directo y el costo indirecto, para calcular cada

uno de estos costos se hizo lo siguiente:

• Costo directo: en este costo se incluyeron los precios de los materiales y

mano de obra necesaria en cada unidad de ejecución, precios que fueron

tomados de los que se manejan en el lugar de ejecución del proyecto.

• Costo indirecto: el costo indirecto se valorizó como un porcentaje del costo

directo, porcentaje que se basa en la experiencia en obras similares, y cuyo

valor oscila entre el 30% y el 45% según del renglón considerado.

44

Costo total por renglón: el costo total de cada renglón se obtiene al multiplicar

los valores obtenidos en los incisos anteriores, es decir, se multiplica la cantidad

de trabajo por el precio unitario en cada renglón. Costo total del proyecto: para este costo se hace la sumatoria de todos los

costos totales por renglones del proyecto.

45

Tabla IV. Presupuesto gimnasio y salón

PRESUPUESTO POR RENGLONES

RENGLÓN U CANTIDAD PRECIO U TOTAL Cubierta con panel curvo engrapable de aluzinc M2 891

Q 261.25

Q 260,606.27

Arcos para iluminación y ventilación U 12 Q 5070.48

Q 60,845.85

Columna tipo “A” (0.40x.40 Mts.) UNIDAD 24 Q 6280.55 Q 150,733.20

Zapata de 2.50x2.50 Mts. UNIDAD 24 Q 2922.15 Q 70,131.60

Columna tipo “B” (0.15x0.15 Mts) UNIDAD 72 Q 236.55 Q 17,031.60

Cimiento corrido (0.30 X.15 Mts ML 120 Q 110.75 Q 13,290.00

Solera hidrófuga (0.20x0.15 Mts) ML 120 Q 66.50 Q 7,980.00 Solera intermedia 1 (0.20x0.15 Mts) ML 111 Q 66.50 Q 7,381.50

Solera intermedia 2 (0.20x0.15 Mts) ML 111 Q 66.50 Q 7,381.50

Solera corona (0.20x0.15 Mts) ML 120 Q 66.50 Q 7,980.00

Viga canal ML 66 Q 75.50 Q 4,983.00 Levantado de muro de block (0.39x0.14x0.19 Mts) M2 714 Q 44.20 Q 31,558.80

Instalación de agua potable GLOBAL 1 Q 1225.00 Q 1,225.00 Instalación de drenaje GLOBAL 1 Q 7625.45 Q 7,625.45

Concreto pre- mezclado M3 61 Q 2800.00 Q 170,800.00

Sub- Total

Q 819,553.77

TOTAL DE MATERIALES Y MANO DE OBRA Q 819,553.77

IMPREVISTOS Q 81,955.38

TRANSPORTE Q 25,588.00

GASTOS ADMON. Q 110,340.10

TOTAL PROYECTO

Q1,037,437.24

46

47

2.2. Ampliación del sistema de agua potable, para la cabecera municipal de Santa Cruz Balanyá

2.2.1. Descripción del proyecto

El proyecto constará de la captación de dos nacimientos para la

ampliación del sistema de agua potable. Los nacimientos que se captarán

serán llevados a una caja unificadora de caudales; de ese punto se llevará el

caudal unificado a el tanque de almacenamiento existente. Para la línea de

conducción se utilizará tubería de PVC.

2.2.2. Recopilación e información de campo

El proyecto se encuentra localizado a las orillas del municipio, a una

distancia aproximada de 8 kilómetros del parque central. Con este proyecto se

pretende solucionar la escasez de agua en la cabecera municipal, de una

manera económica y funcional para la comunidad.

La solución al problema de agua es incorporar dos nuevas fuentes al

sistema con el que ya cuenta la comunidad.

Las fuentes a utilizar son dos nacimientos, el nacimiento número 1 se

ubica a una distancia de 50 metros de la carretera de terracería que conduce

del parque central hacia el cementerio de la localidad; el nacimiento número 2

se encuentra a una distancia de 108 metros del nacimiento número 1 (ya

descrito), aguas abajo.

48

2.2.2.1. Levantamiento topográfico

2.2.2.1.1. Planimetría

El método utilizado es el de simples deflexiones, utilizando como método

de orientación de estación a estación el de 180°. Midiendo los ángulos en el

sentido de las manecillas del reloj, lo que implica tener que hacer el

caminamiento en el mismo sentido, obteniendo los azimut del polígono

directamente de la libreta de campo. El equipo utilizado fue un teodolito Wild

T-16, dos plomadas, una cinta métrica con una longitud de 50 metros, una

estadia de acero de 3 metros, almádana y machete. (Ver tabla VIII)

2.2.2.1.2. Altimetría

El método de nivelación utilizado fue compuesto. Se utilizó el equipo

siguiente: un nivel de precisión, una cinta métrica con una longitud de 50

metros, 2 plomadas, una estadia de acero de 3 metros.

2.2.2.2. Fuentes de agua

Del recurso hídrico para el consumo humano existen dos tipos de fuentes

de agua; las primeras son las fuentes superficiales, tales como los lagos, ríos,

agua de lluvia, la segundas son las fuentes subterráneas entre las cuales se

pueden mencionar los pozos, manantiales de brotes definidos y laderas

concentradas.

• Brotes de ladera concentrado: es la captación de una fuente subterránea

con afloramiento horizontal del agua en uno o varios puntos.

49

• Brotes de fondo concentrado: es la captación de una fuente subterránea

con afloramiento vertical en un punto definido.

• Fuente de fondo difuso: es la captación de una fuente subterránea con

afloramientos verticales en una zona extensa

Las dos fuentes de este proyecto son de brote definido en ladera.

2.2.2.2.1. Aforo de fuentes

Para aforar los nacimientos se utilizó el método volumétrico, en este caso

se hicieron las mediciones en época de estiaje, dando los resultados

siguientes:

Nacimiento 1 Q= 1.50 Lts/seg.

Nacimiento 2 Q= 0.50 Lts/seg.

2.2.2.2.2. Calidad de agua

El estudio de agua se hace con la finalidad de conocer si es una

sustancia sanitariamente segura y aceptable a los sentidos, es decir, se

establece su potabilidad y grado de pureza; para poder determinar el

tratamiento necesario a seguir.

Para el análisis de resultados de agua se deben de efectuar dos

exámenes los cuales son:

Examen físico químico

Examen bacteriológico

50

El agua a estudiar debe obtenerse primordialmente durante el aforo, en

recipientes estériles para un mejor resultado.

El examen físico químico se obtiene del estudio y características que se

verifican por los sentidos (olfato, vista, gusto). Si el agua ofende cualquiera del

los sentidos se desconfiará de ella y se limitará su uso.

Factores a tomar en esté examen son los siguientes:

La temperatura es un factor que se obtiene en el campo, al momento de

su obtención.

El resultado del análisis físico de las dos fuentes es el siguiente:

Temperatura: ---------

Aspecto : Claro

Sabor : Ninguno

Olor : Inolora

El examen bacteriológico proporciona el grado de contaminación por

medio de la cantidad de coliformes que se encuentran en el agua, existen dos

métodos para realizar exámenes bacteriológicos estos son: Membranas de

filtración (método de campo), y tubos múltiples de fermentación.

Es un examen de laboratorio que determina la presencia de bacterias

presentes en el agua = NMP (número más probable).

La toma de muestra debe de realizarse en un recipiente esterilizado en

autoclave, la toma de muestra debe de ser de agua corrida, los resultados son

los siguientes:

51

Los resultados del examen bacteriológico muestran que el agua no

presenta signos de contaminación, según normas COGUAOR NGO 29001 el

agua está en los límites aceptables para el consumo humano. Por seguridad se

incorporará un sistema de desinfección adecuado. Para el desarrollo de este

proyecto se utilizará un hipoclorador PP 3015, este equipo es adecuado para la

desinfectar el agua en pequeñas comunidades, con sistema de gravedad o por

bombeo.

2.2.3. Diseño hidráulico del sistema

El punto de partida para la escogencia de un sistema de distribución

hidráulica es la selección de los tamaños de tubería que aseguren flujos dentro

de ámbitos razonables de velocidad. Cálculos de caídas de presión deben

efectuarse para el sistema establecido.

El diseño del sistema se realizó con base a las pérdidas de carga,

utilizando la fórmula de Hazen-William para conductos circulares a presión. Se

utilizara tubería de cloruro de polivinilo rígido (PVC) de 160 PSI.

2.2.3.1. Descripción del sistema a utilizar

El sistema de abastecimiento de agua potable que se utiliza para la

cabecera municipal de Santa Cruz Balanyá será por gravedad. Al determinar las

fuentes que pueden servir, se construirá una captación que reúnan las

condiciones sanitarias para captar el agua aforada, y por medio de tubos de

PVC, transportarla hasta una caja unificadora de caudales, desde ese punto se

distribuirá hacia un tanque de almacenamiento existente.

52

2.2.3.2. Normas y criterios de diseño

2.2.3.2.1. Período de diseño

El período de diseño es el tiempo durante el cual la obra construida dará

un servicio satisfactorio a la población que la utiliza. Para determinar el período

de diseño se debe de tomar en cuenta la vida útil de los materiales, los costos

de los mismos, costo de mantenimiento, la población de diseño, etc. Las

normas de la Unidad Ejecutora del Programa de Acueductos Rurales

U.N.E.P.A.R. recomiendan los siguientes períodos de diseño.

Tabla V Período de diseño de estructuras

TIPO DE ESTRUCTURA

PERÍODO DE DISEÑO

Obras civiles 20 años

Equipo mecánico De 5 a 10 años

En este caso se utilizó la vida útil según las normas de la Unidad

Ejecutora del Programa de Acueductos Rurales U.N.E.P.A.R. para obras

civiles, que es de 20 años.

2.2.3.2.2. Dotaciones

Es la cantidad de agua asignada en un día a cada habitante que se haya

establecido dentro del diseño del proyecto se expresa en litros por habitante

por día (lts./hab./día).

53

Los factores que se consideran en la dotación son:

• El clima

• Nivel de vida

• Calidad y cantidad de agua disponible

Se estimo una dotación de 90 lts/hab/dia, según criterios de diseño de

la unidad de planificación del municipio de Santa Cruz Balanyá.

2.2.3.2.3. Crecimiento poblacional

El proyectar las poblaciones son pronósticos que se hacen con base en

datos estadísticos de censos poblacionales, que se hayan realizado en el

pasado. Para realizarlas, existen diversos métodos dentro de los que se

pueden citar:

• Proyección aritmética

• Proyección geométrica

• Proyección exponencial

• Aquellas que se basan en tasas relativas de crecimiento

pasado

Para el diseño del proyecto se tomó el método geométrico por ser el que

se adapta al crecimiento de países en vías de desarrollo. La tasa de

crecimiento poblacional de la comunidad es de 2.0%, que tiene establecida el

Instituto Nacional de Estadística (I.N.E.), para el área urbana y rural del

municipio de Santa Cruz Balanyá. La población actual del municipio es de

6,204 habitantes.

La formula es la siguiente:

54

Pf = Pa (1+i)n

Donde:

Pf = Población futura

Pa= Población actual

i= Tasa de crecimiento

n= Periodo de diseño

Sustituyendo se tiene

Pf= 6,024(1+0.02)20

Pf= 9,218 hab.

2.2.3.2.4. Captación

Es una estructura realizada con el fin de colectar el agua de las fuentes,

y asegurar bajo cualquier condición, el flujo durante todo el año, el tipo de obra

que se utilice está en función de las características de la fuente, y según el tipo

de esta.

Las dos fuentes de este proyecto son de brote definido en ladera por lo

que se construirá una captación típica.

2.2.3.2.5. Caja unificadora de caudales

Se emplea una caja unificadora de caudales cuando se necesita unificar

determinado caudal en 2, 3 ó 4 partes, en este caso se construirá de una

dimensión de 1 metro cúbico de volumen, será de mampostería de piedra, con

acabados interiores la cual se ubica en la estación 4. Ver apéndices

55

2.2.3.3. Diseño de línea de conducción

La línea de conducción comprende de una tubería que sale de la

captación hasta el tanque de distribución.

Datos:

Caudal de nacimientos

Nacimiento 1 = 1.5 lts/seg.

Nacimiento 2 = 0.5 lts/seg.

Constante C =150 para tuberías de PVC

Factor de día máximo = 1.8

Estaciones de diseño

Distancia de la estación 0+000 a est 0+018.24

Distancia de la estación 0+018.24 a est 0+107.32

Distancia de la estación 0+107.32 a est 0+146.31 CUC(caja unificadora)

Distancia de la estación 0+146.31 a est 0+210.99

Distancia de la estación 0+210.99 a est 0+266.02

Nivel de cada estación de diseño

Nivel de la estación 0+000 = 1000

Nivel de la estación 0+018.24 = 998.74

Nivel de la estación 0+107.33 = 995.11

Nivel de la estación 0+146.31 = 987.95

Nivel de la estación 0+210.99 = 978.27

56

Nivel de la estación 0+266.02 = 933.67

Fórmula de Hazen William (pérdida de carga o pérdida de engría)

Hf = 1743.81141xLxQ1.85

D4.87xC1.85

En este caso el caudal de las fuentes será el caudal medio, pretendiendo

transportar todo el caudal de los nacimientos, quedando de la siguiente manera:

Q1= 1.50 lts/seg. Q2= 0.50 lts/seg.

Qc = caudal de conducción = FDMXQ

Qc = 1.50 x1.8 = 2.70 lts/seg.

Qc = 0.50 x1.8 = 0.90 lts/seg.

El factor de día máximo de 1.8 es considerado por las variaciones que

presenta el caudal de las fuentes en cuanto a su topografía y clima.

DISEÑO DEL TRAMO DE LA EST 0+000 A EST 0+018.24

Q= 2.7 lts/seg

L= 18.24 m

C= 150

Hf= 1.26

57

D= ?

D= ( 1743.81141x 18.24x2.71.85 )1/4.87 =1.74 1.26 x1501.85

Por Hazen William el diámetro teórico es de 1.74”

Q= 2.7 lts/seg. Q = 2.7 lts/seg.

L = 18.24 m L= 18.24 m

C= 150 C= 150

Hf =? Hf =?

D = 1 ½ “ diámetro interno (1.532”) D = 2” diámetro interno (2.193”)

Por Hazen William

Hf = 1743.81141x18.24x2.71.85 = 0.41 2.1934.87x1501.85

Hf 1 ½ “=1.2199 Hf 2”= 0.41

DISEÑO DEL TRAMO DE LA EST 0+018.24 A EST 0+107.32

Q= 2.7 lts/ seg.

L= 87.82 m

C= 150

Hf= 3.63

D= ?

Por Hazen William el diámetro teórico es de 1.94”

Q= 2.7 lts/seg. Q= 2.7 lts/seg.

58

L= 87.82 m L= 87.82 m

C= 150 C= 150

Hf=? Hf =?

D = 1 ½ “ diámetro interno (1.532”) D = 2” diámetro interno (2.193”)

Por Hazen William

Hf 1 ½ “=11.61 Hf 2”= 2.02

DISEÑO DEL TRAMO DE LA EST 0+107.32 A EST 0+146.31

Q= 2.7 lts/seg.

L = 38.99 m

C= 150

Hf = 7.16

D = ?

Por Hazen William el diámetro teórico es de 1.42”

Q= 2.7 lts/seg. Q= 2.7 lts/seg.

L= 38.99 m L= 38.99 m

C= 150 C= 150

H f =? H f=?

D = 1 ½ “ diámetro interno (1.532”) D = 2” diámetro interno (2.193”)

Por Hazen William

Hf 1 ½ “=5.04 Hf 2”= 0.88

59

DISEÑO DEL TRAMO DE LA EST 0+146.31 A EST 0+210.99 En esta estación se colocá una caja unificadora de caudales, es por eso

que se suman los caudales, y así se continua diseñando.

Q= 3.6 lts/seg.

L= 64.98 m

C= 150

Hf= 9.68

D=?

Por Hazen William el diámetro teórico es de 1.65”

Q= 3.6 lts/seg. Q= 3.6 lts/seg.

L= 64.98 m L= 64.98 m

C= 150 C= 150

Hf=? Hf= ?

D = 1 ½ “ diámetro interno (1.532”) D = 2” diámetro interno (2.193”)

Por Hazen William

Hf 1 ½ “=14.30 Hf 2”= 2.49

DISEÑO DEL TRAMO DE LA EST 0+210.99 A EST 0+266.02

Q= 3.6 lts/seg.

L= 55.03 m

C= 150

Hf= 44.60

60

D= ?

Por Hazen William el diámetro teórico es de 1.17”

Q= 3.6 lts./seg. Q= 3.6 lts./seg.

L= 55.04 m L= 55.04 m

C= 150 C= 150

Hf=? Hf=?

D = 1 ½ “ diámetro interno (1.532”) D = 2” diámetro interno (2.193”)

Por Hazen William

Hf 1 ½ “=12.12 Hf 2”= 2.11”

Cálculo de línea piezométrica

Cota Piezométrica = Cota del Terreno + Presión Dinámica

Presión Dinámica = Piezométrica – Cota del Terreno

Piezométrica = Cota Inicio – Hf.

EST 0+000 A EST 0+018.24

1000-0.41 =999.59

EST 0+018.24 A EST 0+107.32

61

998.74-2.02=996.72

EST 0+107.32 A EST 0+146.31

995.11-0.88=994.23

EST 0+146.31 A EST 0+210.99

987.95-2.49=985.46

EST 0+210.99 A EST 0+266.02

978.27-2.11 =978.16

Por funcionalidad y por ser una línea de conducción se utilizará tubería

de diámetro de 2”, en toda la línea de conducción.

2.2.3.3.1. Sistema de desinfección

Con el propósito de proveer agua libre de bacterias, virus y amebas a los

usuarios, se incorporará un sistema de desinfección. En el medio se aplica

tanto en el área rural como en el urbana, el cloro, ya sea como gas o como

compuesto clorados.

Los resultados del examen bacteriológico muestran que el agua no

presenta signos de contaminación, por seguridad se debe incorporar un sistema

de desinfección adecuado. Para el desarrollo de este proyecto se utilizará un

62

hipoclorador 3015, este equipo es adecuado para la desinfectar el agua en

pequeñas comunidades, con sistema de gravedad o por bombeo.

De acuerdo a los resultados de laboratorio el agua es potable, pero para

no correr ningún riego, es necesario inyectar una demanda de 0.2mg/L de cloro.

El flujo de cloro (fc) en gramos/hora se calcula con la siguiente fórmula:

Fc = QXDcX0.06

Donde:

Q = caudal de agua conducida en litro/minuto:

Dc = demanda de cloro en mg/litro ó PPG.

Con los datos anteriores se obtiene el flujo de solución de cloro (Sc).

Regularmente este flujo es muy pequeño y debe obtenerse mediante la

calibración de la válvula de compuerta que se coloca en el ingreso del

clorinador, por lo tanto se debe calcular el tiempo, en segundos, que se

necesita para llenar un recipiente de un litro.

t = 60/Sc

Donde:

t = tiempo de llenado de un recipiente de un litro en segundos.

Sc = flujo de solución de cloro en litros/ minuto.

63

Ejemplo:

Proyecto: Ampliación de agua.

Utilizando un hipoclorador modelo PPG 3015

Q = 2 L/ seg. = 120 L/ min.

Por ser las fuentes dos nacimientos que proveen agua clara se estima

una demanda de cloro de 0.2mg/L.

De la fórmula Fc = 120x 2 PPM x 0.06 = 14.4

Al plotear el Fc. de 14.4 gr./hora en la gráfica del clorinador modelo 3015,

resulta un flujo Sc = 7.00 L/min.

De acuerdo a lo anterior se procede a la calibración del flujo de solución

de cloro, de la fórmula.

Ttt=60/7 = 8.57 segundos, que es el tiempo en que un recipiente de un

litro debe llenarse completamente.

2.2.4. Integración de presupuesto Para la elaboración del presupuesto se aplicó el mismo procedimiento y

criterio que se describe en el punto 2.1.6. . En le caso de los imprevistos son

diferentes debido a que el proyecto se construirá por administración. El

resultado del proceso descrito, es decir, el presupuesto por renglones para la

ampliación de agua potable, aparece en la tabla VI.

2.2.5. Elaboración de planos

64

Los planos elaborados para la ampliación del sistema de agua potable

son: línea de conducción planta-perfil y obras de arte y se presentan en los

apéndices.

Tabla VI Presupuesto de ampliación de agua potable

PRESUPUESTO POR RENGLONES

RENGLÓN U CANTIDAD PRECIO U TOTAL CAPTACIÓN TÍPICA UNIDADES 2 Q 6,832.78 Q 13,665.55 CAJA REUNIDORA DE CAUDALES UNIDADES 1 Q 4,252.60 Q 4,252.60 LÍNEA DE CONDUCIÓN ML 270 Q 54.25 Q 14,647.50

Sub- Total

Q 32,565.65

TOTAL DE MATERIALES Y MANO DE OBRA Q 32,565.65

IMPREVISTOS Q 3,256.56 TRANSPORTE Q 1,200.00

TOTAL PROYECTO

Q 37,022.21

65

CONCLUSIONES

1. El resultado de la investigación monográfica y diagnóstica del municipio

de Santa Cruz Balanyá, muestra que es una población en crecimiento,

cuyo desarrollo fue afectado por la violencia del conflicto armado interno

que sufrió Guatemala en las décadas pasadas y que originó muchas

necesidades, principalmente de infraestructura física en materia de

educación, sistemas viales y sanitarios.

2. La realización del estudio monográfico de la comunidad de Santa Cruz

Balanyá, permitió la concientización de sus autoridades en cuanto a los

problemas y necesidades de la población. Lo que a su ves originó la

planificación para la solución de los mismos.

3. Con la planificación y posterior construcción del proyecto de ampliación

de el sistema de agua potable en la población de Santa Cruz Balanyá, se

logrará la solución de uno de los problemas prioritarios de dicha

población y a la vez contribuirá a solucionar los problemas de salud de

sus habitantes y por lo tanto también permitirá el desarrollo integral de la

comunidad.

4. El diseño del salón de usos múltiples y gimnasio municipal, en el

municipio de Santa Cruz Balanyá y su realización como proyecto de

infraestructura, contribuirá eficazmente al fomento y desarrollo del

deporte y la cultura en la población, con lo cual se soluciona el problema

de la carencia de instalaciones adecuadas para este fin.

66

5. La realización del Ejercicio Profesional Supervisado (E.P.S.) además de

brindar servicio técnico profesional como proyección de la Universidad,

da la oportunidad al estudiante de complementar su formación

académica; le permite adquirir experiencia y madurez para iniciar con

mayor confianza el desempeño de su profesión.

67

RECOMENDACIONES

• A la municipalidad de Santa Cruz Balanyá:

1. Elaborar un reglamento que permita el normal y adecuado uso del salón,

a efecto de que el mismo sea eficiente y permita la participación y

beneficio del mayor número de la usuarios del mismo.

2. Ejecutado el proyecto de ampliación del sistema de agua potable

proveerle el mantenimiento al sistema, para evitar daños y garantizar el

buen funcionamiento del mismo durante el período de diseño.

3. Garantizar la supervisión técnica profesional durante la ejecución de los

proyectos, para cumplir con las especificaciones técnicas, calidad de los

materiales y seguir a cabalidad los planos.

4. Actualizar los presupuestos de los proyectos, cuando se realice la

construcción.

5. Organizar a la comunidad para que colabore con el cuidado del sistema

de agua, especialmente en el uso racional del mismo.

6. Aforar las fuentes cada mes, para determinar si el caudal se mantiene

constante.

68

7. Hacer un cerco sanitario alrededor de los nacimientos para garantizar

que las fuentes no sean dañadas y a su vez no sean contaminadas.

69

BIBLIOGRAFÍA 1. American Concrete Intitute. Reglamento de las construcciones de

concreto reforzado (ACI 318-99) y comentarios. Instituto Mexicano del Cemento y del Concreto, A.C., México, D.F. 1990.

2. Asociación guatemalteca de ingeniería estructural y sísmica AGIES

“Normas estructurales de diseño y construcción recomendadas para la república de Guatemala”. 2002.

3. Barrios de León, José Daniel. Diseño de un centro educativo en la aldea

Chíul, municipio de Cunén, departamento de Quiché. Tesis de graduación de Ingeniero Civil, Facultad de Ingeniería, Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala 2001. 134 pp.

4. Díaz Gómez, Juan José. Diseño de la línea de conducción de agua potable y escuela del cantón Chupoj y ampliación del camino de acceso

al caserío Tuluche II del municipio de Santo Tomas Chiche, departamento de Quiche. Tesis de graduación Ingeniero Civil, Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala,

Guatemala 2003. 5. Gómez López, Juan Antonio. Diseño de: sistema de agua potable para el Canto paraje Panictacaj, Barrio Santa Catarina, Momostenango,

Totonicapán y análisis comparativo de costo y materiales para la selección del techo. Tesis de graduación de Ingeniero Civil, Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala 1999. 136 pp.

6. Samayoa Molina. Obras de infraestructura, en el departamento de Jalapa. Tesis de graduación de Ingeniero Civil, Facultad de Ingeniería. Universidad de San Carlos de Guatemala, Guatemala 1997.

70

71

APÉNDICES

• PLANOS COSTRUCTIVOS – SALÓN DE USO MÚLTIPLES Y GIMNASIO

• PLANOS COSTRUCTIVOS- AMPLIACIÓN DE AGUA POTABLE

72

73

Figura 12. Plano de distribución de ambientes- gimnasio y salón de usos múltiples

74

Figura 13. Plano de acotado- gimnasio y salón de usos múltiples

75

Figura 14. Plano de secciones y elevaciones- gimnasio y salón de usos múltiples

76

Figura 15. Plano de techos y detalles de viga canal – gimnasio y salón de usos múltiples

77

Figura 16. Plano de cimientos y columnas-Gimnasio y Salón de Usos Múltiples

78

Figura 17. Plano de detalle de columnas, cimientos y zapatas – salón de usos múltiples

79

Figura 18. Plano de electricidad - salón de usos múltiples

80

Figura 19. Plano de detalle de juntas – gimnasio y salón de usos múltiples

81

Figura 20. Diagrama de interacción para columna rectangular

Fuente: diseño de edificio de dos niveles, aldea Paquip y salón de usos múltiples aldea

El Tesoro, municipio de Tecpán Guatemala, departamento de Chimaltenango

82

Tabla VII. Cargas para techos de cubierta curva

83

Figura 21. Planta y perfil de línea de conducción

84

Figura 22. Obras de arte – Ampliación de agua potable.

85

Tabla VIII. Examen de laboratorio- Ampliación de agua potable Dirección de Salud

Chimaltenango, Chimaltenango Alameda, Chimaltenango

Responsable Fecha

Nelson de la torre 5/3/2,004

Observaciones

El agua de estos nacimientos es apta para el consumo humano ya que no esta contaminada con el E-COLI pero siempre se les recomienda la cloración ya que para épocas de invierno esta se contamina

NO PROCEDENCIA

TIPO Y

NOMBRE SITIO DE HORA EN QUE SE TIEMPO DE No DE

No DE CCL/ RESULTADOS

MUNICIPIO

DE LA

FUENTE

CAPTACIÓN

CAPTO

RECOLECCIÓN

ANALIZÓ

ENCUBACIÓN

MEMBRANAS

100 ML

1 Santa Cruz Balanyá Nacimiento 1 Chuixilon 10 10 10.3 24 hrs 1 0 Buena

2 Santa Cruz Balanyá Nacimiento 2 Chuixilon 10 10 10.3 24 hrs 1 0 Buena

86

Tabla VIII. Libreta topográfica línea de conducción

Angulo Horizontal Angulo vertical

est Po. cota gra min seg Azimut Hilos gra min segAng. Vert: DH V hi

0 1 1.2606 119 8 54 119.148333 1.473 93 15 54 93.27 18.24 1.0406 1.6 1.38 1.29 1 2 3.6309 134 41 6 134.685 1.345 101 23 54 101.3983 18.26 3.6809 1.2

1.25 1.155 2 3 1.64 166 1 6 166.018333 1.54 87 28 36 87.47667 46.91 -2.067 1.38 1.3 1.07 3 4 5.52 165 9 18 165.155 1.25 99 10 42 99.18 9.70 1.5668 1.52 1.2 1.151 4 5 -2.40 311 7 6 311.118333 0.80 73 5 30 73.09167 22.70 -6.901 1.55 0.68 0.55 5 6 2.93 171 35 42 171.595 1.44 88 46 42 88.77833 49.98 -1.066 1.55 1.19 0.94 6 7 6.75 175 25 54 175.431667 1.09 98 35 54 98.59833 17.60 2.6609 1.46 1.00 0.91 7 8 16.43 168 54 54 168.915 1.40 110 5 48 110.0967 26.46 9.6805 1.25 1.25 1.10 8 9 9.68 169 23 12 169.386667 1.04 104 36 36 104.61 9.83 2.5629 1.36 0.99 0.94 9 10 9.15 134 39 42 134.661667 0.89 96 16 48 96.28 17.29 1.9028 1.3 0.80 0.72

10 11 2.21 161 52 24 161.873333 1.06 65 35 24 65.59 9.95 -4.516 0.97 1.00 0.94

11 12 7.13 166 43 18 166.721667 1.03 90 17 36 90.29333 12.00 0.0614 1.3 0.98 0.91

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Tabla IX. Clorinadores Unidad clorinador Lbs Cl2/hora Kg/hora Capacidad (Kg)

3015 0.05-00.5 0.02-00.2 6.8 3075 0.20-02.0 0.09-00.9 34.0 3150 1.00-12.0 0.45-05.4 68.0 3550 3.00-24.0 1.40-11.0 250.0

Figura 20. Grafica de clorinador

Fuente: diseño del sistema de agua potable para la aldea Panimaché, municipio

de San Pedro Yepocapa, Chimaltenango