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Universidad de San Carlos de Guatemala
Facultad de Ingeniera
Escuela de Ingeniera Civil
DISEO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
POTABLE Y EDIFICACIN ESCOLAR PARA LA COMUNIDAD
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
DISEO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
POTABLE Y EDIFICACIN ESCOLAR PARA LA COMUNIDAD
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UNIVERSIDAD DE SAN CARLOS DE GUATEMALA
FACULTAD DE INGENIERA
NMINA DE JUNTA DIRECTIVA
DECANO Ing. Murphy Olympo Paiz Recinos
VOCAL I Ing. Glenda Patricia Garca Soria
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AGRADECIMIENTOS A:
DIOS Por darme sabidura para que mi meta fuera
alcanzada
MIS PADRES Por la confianza depositada en m, por su
apoyo moral y econmico
MIS HERMANOSQue de una forma u otra colaboraronconmigo para alcanzar esta meta.
MI ESPOSA Por su amor incondicional
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ACTO QUE DEDICO A:
MIS PADRES Aurelio Zamora Garca (Q.E.P.D.)
Thelma Hayde Jolon Arenas
MI ESPOSA Karen Isabel
MIS HIJOS Mnica Mara y Jose Alejandro
MIS HERMANOS Luis y Vctor Hugo
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NDICE GENERAL
NDICE DE ILUSTRACIONES V
LISTA DE SMBOLOS VII
GLOSARIO XI
RESUMEN XIX
OBJETIVOS XXI
INTRODUCCIN XXIII
1. MONOGRAFA DEL LUGAR 1
1.1 Monografa de la comunidad Santo Domingo Pea Blanca 1
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2. DISEO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE PARA LA
LA COMUNIDAD SANTO DOMINGO PEA BLANCA 5
2.1 Descripcin del proyecto 5
2.2 Tipo de fuentes 5
2.3 Caudal de aforo 5
2.4 Calidad del agua 6
2.4.1 Examen bacteriolgico 6
2.4.2 Examen fsico qumico 7
2.5 Criterios de diseo 7
2.5.1 Perodo de diseo 7
2.5.2 Dotacin 82.5.3 Estimacin de la poblacin de diseo 8
2.6 Determinacin de caudales 9
2.6.1 Caudal medio diario 9
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3.2.1 Requerimientos de reas 48
3.2.2 Distribucin de espacios 48
3..2.3 Alturas y cotas 48
3.2.4 Tipos de estructuras 49
3.3 Anlisis estructural 49
3.3.1 Seleccin del tipo de estructura 49
3.3.2 Predimensionamiento de los elementos
Estructurales 49
3.3.3 Cargas de diseo 50
3.3.4 Fuerzas ssmicas 50
3.3.5 Modelos matemticos 513.3.6 Anlisis de elementos 52
3.4 Diseo estructural 52
3.4.1 Diseo de techos 52
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NDICE DE ILUSTRACIONES
FIGURAS
1 Captacin tpica 13
2 Diagrama de momentos 20
3 Diagrama de refuerzo 224 Dimensiones del muro 23
5 Dimensiones de la solera corona y su refuerzo 24
6 Diagrama de presiones actuantes sobre el muro 25
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TABLAS
I Aforo de la fuente de agua 6
II Clculo del momento que se produce en el punto cero 25
III Clculo de la flecha 34
IV Presupuesto acueducto 46
V Dimensiones de costaneras 54
VI Secciones de costaneras 54
VII Presupuesto escuela comunidad Santo Domingo
Pea Blanca 65
VIII Libreta topogrfica 74
IX Cuadro bases de diseo 75
X Cuadro resumen de clculo hidrulico 76
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LISTA DE SMBOLOS
Aproximadamente Igual A@ a cada
3.14159
Sumatoria
Yagua Peso especfico del agua
Yc Peso especfico del concretoYcpeo Peso especfico del concreto ciclpeo
Ys Peso especfico del suelo
Dimetro
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I Inercia
kg Kilogramo
kg/m2 Kilogramo por metro cuadrado
Ka Coeficiente de empuje activo
Kp Coeficiente de empuje pasivo
L Longitud
l Litros
l/hab/da Litros por habitante por da
l/seg Litros por segundo
M Momento
Ma Momento activoMp Momento pasivo
Mr Momento resultante
m.c.a. Metros columna de agua
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S Separacin
Sen Seno del ngulo
t Espesor de un elemento
Tc Tasa de crecimiento de la poblacin
V Velocidad
Vs Valor soporte del suelo
W Carga uniformemente distribuida
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GLOSARIO
Accesorios Elementos secundarios en las lneas de
las tuberas, tales como codos, niples,
tees, coplas, etc.
ACI American Concrete Institute (Instituto
Americano del Concreto).
Acueducto
Conducto artificial destinado al transporte
de agua de un lugar a otro
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Aforo Medicin del volumen de agua que fluye
de una fuente por unidad de tiempo.
Agua potable Agua sanitariamente segura ( sin
elementos patgenos ni elementos
txicos) y que es agradable a lossentidos (inodora incolora e insabora).
Anlisis Fsico-
Qumico
Conjunto de tcnicas y procedimientos de
laboratorio mediante los cuales se
determinan los componentes fsicos yqumicos presentes en una muestra de
agua.
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Carga viva Carga no permanente en la estructura.
Caudal Volumen de agua que fluye por unidad
de tiempo.
ConcretoReforzado
Mezcla proporcional de cemento, arenade ro, piedrn y agua combinada con
varillas de hierro corrugado
Concreto
ciclpeo
Hormign a cuya masa, una vez vertida en
los encofrados, se ha incorporado grandespiedras o bloques.
Consumo Volumen de agua que es utilizado por la
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Demanda Es la cantidad de agua que una poblacin
requiere para satisfacer sus necesidades.
Desinfectar Quitar al agua la infeccin o la propiedad
de causarla, destruyendo grmenes
nocivos y evitando su desarrollo.
Dotacin Cantidad de agua asignada a la Unidad
consumidora, por ejemplo l/hab/da,
l/industria/da, etc.
Dureza Trmino utilizado para expresar el
contenido en el agua de iones de calcio
y magnesio que forman compuestos
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Mampostera Es una obra hecha con elementos de
construccin formados por bloques de
piedra, ladrillo, block, etc. unidos con
mortero.
Momento Magnitud resultante del producto del valorde una fuerza por su distancia a un punto
de referencia.
Mortero Es la combinacin de un aglomerante:
cemento y/o cal, y un agregado inerte:arena de ro u otra, amasado con cierta
cantidad de agua. El mortero es el
agente de unin que integra una pared
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Prdida de carga Es la energa por unidad de peso del agua
del agua que causa la resistencia
supercial dentro del conducto, es
convertida de energa mecnica a energa
trmica. El agua pierde energa por
friccin contra las paredes de la tubera,rugosidad, los cambios de dimetro y los
cambios de direccin.
Presin Fuerza que acta sobre una superficie o
rea.
Punzonamiento Efecto producido por una fuerza que
insiste sobre una superficie pequea,
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Topografa Es la ciencia que determina las
dimensiones y el contorno (o
caractersticas tridimensionales) de la
superficie de la tierra a travs de la
medicin de distancias, irecciones y
elevaciones.
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RESUMEN
El presente trabajo de graduacin contiene, en forma detallada,el procedimiento con el cual se desarroll el proyecto denominado:
DISEO DEL SISTEMA DE ABASTECIMIENTO DE AGUA
POTABLE Y EDIFICACION ESCOLAR PARA LA COMUNIDAD
SANTO DOMINGO PEA BLANCA, SIQUINAL, ESCUINTLA.
El mismo contiene la investigacin de campo realizada, la cual
gener la informacin monogrfica del lugar, sta, muestra a su
vez, un cuadro general de las condiciones fsicas, econmicas y
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OBJETIVOS
1. Disear el sistema de abastecimiento de agua potable yedificacin escolar para la comunidad Santo Domingo
Pea Blanca, Siquinal, Escuintla.
2. Desarrollar una investigacin de tipo monogrfica y un
diagnstico sobre las necesidades de servicios bsicos e
infraestructura de la comunidad Santo domingo Pea
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INTRODUCCIN
Santo Domingo Pea Blanca es una comunidad integrada por
personas a quienes se les denomin repatriados, que fuerondesplazados de su lugar de origen, a causa del conflicto armado
interno que aconteci en Guatemala.
Por ser una comunidad recien fundada, presenta una serie de
problemas, carencia de todo tipo de servicios bsicos einfraestructura, por lo que el presente trabajo de graduacin, est
orientado a proponer soluciones factibles, no slo desde el punto
de vista tcnico, sino econmico y social. Para el efecto, el primer
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1. MONOGRAFIA DEL LUGAR
1.1 Monografa de la Comunidad Santo Domingo Pea Blanca.
Nombre geogrfico oficial: Santo Domingo Pea Blanca, municipio de
Siquinal, del departamento de Escuintla. Su jurisdiccin municipal
corresponde a la municipalidad de Siquinal, Escuintla.
Actualmente, cuenta con una poblacin de 27 familias y 27 viviendas, una
escuela que tambin sirve como saln de usos mltiples, construdas
provisionalmente de madera y lmina.
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aproximadamente al noroeste del municipio de Siquinal, Escuintla; se ubica auna elevacin de 1,740 metros sobre el nivel del mar (m.s.n.m.) en las
coordenadas geodsicas: Latitud141821 y Longitud 905758.
1.3 Extensin Territorial
Esta comunidad tiene una extensin territorial de 6.3 caballeras.
1.4 Lmites y Colindancias
Al norte con la finca Acapulco, al sur con la finca Guachipiln, al este con laComunidad Esmeralda y al oeste con la finca El Carmen y San Vicente, todas
del municipio de Siquinal, Escuintla.
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1.7 Suelo y topografa
Se puede decir que el suelo es de notable fertilidad, produciendo
legumbres y maz. La superficie es plana, inclinada de norte a sur. Su mayor
elevacin est hacia el Norte, donde aparecen algunas estribaciones y
hondonadas, as como pequeos cerros. Riegan su territorio dos riachuelos, ascomo un ro de gran caudal, 3 zanjones, y una quebrada.
1.8 Vas de acceso
Esta comunidad por tener poco tiempo de haberse formado no tiene vasde acceso , ya que los caminos no estn bien definidos, se puede ingresar solo
con vehculos de doble transmisin, moto o a caballo.
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1.11 Descripcin de las necesidades
a) Debido a que slo se puede ingresar en vehculos de doble transmisin,
moto o a caballo y los caminos no estn bien definidos se necesita un
camino de acceso.
b) Para poder llegar a la comunidad hay cruzar dos ros y 3 zanjones, por loque se necesitan 2 puentes vehiculares y dos badenes.
c) La comunidad no tiene energa elctrica.
d) Los pobladores utilizan el agua del ro Coyolate, para uso domstico, la
cual no es potable y esto les ha provocado enfermedades
gastrointestinales, por lo que es necesario un sistema de abastecimientode agua potable.
e) Por no contar con un abastecimiento de agua potable no existe
alcantarillado sanitario.
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2. DISEO DEL SISTEMA DE AGUA POTABLE PARA LA
COMUNIDAD SANTO DOMINGO PEA BLANCA.
Servicio Tcnico Profesional
2.1 Descripcin del proyecto
El tipo de sistema a disear ser por gravedad, tanto la lnea de
conduccin como la red de distribucin, siendo esta ltima por ramales
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Tabla I. Aforo de la fuente de agua
Prueba Volumen
(litros)
Tiempo
(segundos)
1 18.75 52
2 18.75 56
3 18.75 574 18.75 57
5 18.75 57
Tiempo Promedio = 55.8
Q = Vol./t.prom. = 18.75 lts/55.8 seg. = O.33 l/s
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2.4.2 Examen fsico qumico
El anlisis fsico qumico sanitario demostr que el agua es potable, NORMA
COGUANOR NGO 29001, por lo que estos resultados se encuentran dentro de
los lmites mximos aceptables. En conclusin el agua es adecuada para elconsumo humano.
2.5 Criterios de diseo
Para el diseo de este sistema de agua se debe tomar en cuenta que elrea es rural con clima clido, debiendo tomar una dotacin de 90 a 120
lts./hab. da.
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2.5.2 Dotacin
Es la cantidad de agua que se asigna a una persona, en litros/habitantes/da;
depende del clima, capacidad de la fuente y de la ubicacin de la poblacin, si
es en el rea urbana o rural, de las actividades comerciales o industriales. Para
este proyecto se adopt una dotacin de 70 lts/hab/da, tomando en cuentaque la capacidad de la fuente es poca.
2.5.3 Estimacin de la poblacin de diseo
El crecimiento de poblacin est determinado por factores de tiposocioeconmico: Crece por nacimientos, decrece por muertes, crece o decrece
por migracin y aumenta por anexin. La institucin que proporciona datos
oficiales de poblacin es el Instituto Nacional de Estadstica INE. Segn el
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Pf = 162 (1+0.03)Donde:
Pf= 302 habitantes Tc = 3
Pa = 162 habitantes N = 21
Por lo que en 21 aos, habr una poblacin aproximada de 302 habitantes.
2.6 Determinacin de caudales
2.6.1 Caudal medio diario
Es el caudal que consume a diario una poblacin; generalmente se obtiene
del promedio de consumos de un ao. Para la comunidad de Santo Domingo
Pea Blanca no existen datos de consumo, por lo que el caudal medio se
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2.6.2 Caudal mximo horario
Es el caudal que satisface la demanda de la hora de mayor consumo. Se
utiliza en el diseo de la red de distribucin del sistema, para el efecto se
calcula incrementando el caudal medio por el factor de hora mximo.
Q hora mx = fhm*Q med
Donde:
Fhm = Factor de la hora mxima = 2.20
QHM = Caudal mximo horrio = 0.54 l/s
Qmed = Caudal medio 0.245 l/s
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Donde:
Fdm = Factor de da mximo
Q da max = Caudal del da de mayor consumo
Q med = Caudal medio
Este factor segn UNEPAR est entre:
1.2 a 1.5 para una poblacin < 1000 habitantes, y
1.2 para una poblacin > 1000 habitantes.
El factor utilizado para este trabajo es de 1.34
Q da mx = 1.34*0.245 l/s = 0.329 l/s.
2.7 Levantamiento topogrfico
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2.9 Captacin
Esta obra sirve para recolectar el agua proveniente de fuentes o
nacimientos, en el caso de este proyecto, el agua se recolectar de un
nacimiento tipo acufero de brote definido en ladera. La estructura de esta obra
se compone de un filtro que ser construido de piedra bola, y grava, rebalse,desage para limpieza, pichacha y tapadera con sello sanitario para la
inspeccin. El tanque ser de mampostera de piedra bola y deber protegerse
con una cuneta para evitar el ingreso de corrientes pluviales; finalmente, con
un cerco perimetral para evitar el ingreso de personas y animales.
Est ubicada en la estacin E-8, nacimiento Camarones.
Los componentes del tanque de captacin son bsicamente:
1. cuneta
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Figura 1. Captacin tpica
Planta
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2.10 Diseo de lnea de conduccin
La lnea de conduccin es la tubera que puede ser de PVC o de HG,
sale desde la captacin o de una caja reunidora de caudales hacia el
tanque de distribucin. En ella se consideran las siguientes obras:
vlvulas de limpieza, vlvulas de aire, pasos de zanjn, pasos areos contubera de HG y anclajes para tubera de HG.
Para fines de este diseo, se estableci con tubera de PVC, siempre
y cuando las presiones no sobrepasen los lmites estimados por sus
fabricantes, y slo se utilizar tubera de HG donde existan pasos areos
o pasos de zanjn.
Todo el proyecto funcionar por gravedad. Una lnea de conduccin
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Se aplica la frmula de HAZEN-WILLIAMS, la cual es:
85.187.4
85.1811141.1743
CDi
QcLHf
= 2973525241.1
Di
QcV
=
Hf = Prdida de carga (m)V =Velocidad de la tubera
L = Longitud de la tubera + 5% por la topografa del terreno
Qc = Caudal de da mximo, o caudal de conduccin (L/seg)
Di = Dimetro interno de tubera (plg)
C f = Calidad de la tubera. Para PVC se usar C=140 y para HG se
usar C=100
Ejemplo de diseo: se disear el tramo entre las estaciones 0-3.
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Luego se verifica la Hf para dimetros comerciales inferior y superior:Dimetro comercial = 1 pulg. Dimetro interno = 1.195
Dimetrocomercial = pulg. Dimetro interno 0.926
( )( ) ( )
85.1
85.187.4150195.1
33.087.22181141.1743x
xHf = = 2.01. Ok.
Verificacin de la velocidad Q = l/s D = pulgadas
( )( )2195.133.0973525241.1 xv = = 0.65 m/s. Ok. 0.4 0.65 2 m/s.
NOTA: Los clculos para toda la lnea de conduccin, se hicieron por medio de
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7. acceso8. ventilacin
9. salida de agua de rebalse
10. salida de agua de limpieza
Volumen del tanque. Para compensar las horas de mayor demanda sedisea un tanque de distribucin, que segn UNEPAR debe tener un volumen
entre el 25 y 40 % del consumo medio diario.
Para efecto del diseo y debido a ser una regin calurosa, se adopta un 40
%.
1000
)400,86(%40 segQmVol = = 1000
)86400)(727.0(40.0 segsegl=9.33 m 3/da
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1. Espesor de la losa:
180
permetrot= = 180
)90.2(4
=0.064
Se toma un espesor de 0.10m= 10 cm
3. Integracin de cargas:
Carga Muerta (CM): es el peso propio de la losa
CM = Wlosa + sobrecarga
Wlosa = yc t = (2400 3mkg )(0.10)=240 2m
kg
S b 90 kg
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4. Clculo de momentos: Para determinar los momentos positivos ynegativos en los puntos crticos de la losa, se emplearn las frmulas
specficas por el cdigo ACI, mtodo 3
Caso 1
Momentos negativos (Ma ):
Ma( ) = ca( )CUa 2 = 0 (632) (2.90) 2 = 0 = Mb( )
LOSA
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Teniendo como datos los siguientes:
M(+) = 191.33 Kg*m
M(-) = 63.77 Kg*m
Fy= 2810 Kg/cm2 (G 40)Fc= 210 Kg/cm2 (concreto clase 3000)
b=100 cm
d=7.5 cm
Introduciendo datos obtenemos el rea de acero:
As(+) = 1.02 cm2
As(-) = 0.34 cm2
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6. Peralte efectivo de losa (d):
d = t r = 10- 2.5 = 7.5 cm
7. Acero mnimo (As min):
Asmn = 0.4
yf
1.14bd
Donde: fy = mdulo de fluencia del acero = 2810 kg/cm 2 (grado 40)
b = banda de 1 m = 100 cm de ancho
d = peralte de la losa = 7.5 cm
Asmn = 0.4 ( 28101.14 )(100) (7.5) = 1.51 cm 2
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Calculando el acero mnimo para esta separacin:
rea cm2 Separacin cm
Asmn 100
0.71 30
Asmn = 2.37 cm
2
9. Momento resistente del acero mnimo
MAsmn =
)
*7.1
*()(
bcf
fyAsmndfyAsmn
MAsmn = 0.9
)
)100*)210(7.1
)2810(*)37.2(5.7)(2810)(37.2( = 438.35 kg-m
Fc = 210 KG/CM2 (CONCRETO CLASE 3000)
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Diseo de muro. El muro se construir de concreto ciclpeo, ya que la piedraes un elemento de construccin predominante en la comunidad. El diseo del
tanque consiste en verificar que las presiones que se ejercen sobre las paredes
del tanque y sobre el suelo, no afectarn la estabilidad del tanque.
ALTURA DEL TANQUEPara determinar la altura del agua en el tanque se utiliza la siguiente expresin:
longitudalturabasevolumen =
( ) .27.210.210.210
2
3
mtsm
m
Altura == 2.30 mts.
La altura del agua en el tanque alcanzar 2.30 metros.
longitudbase
volumenAltura
=
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Datos a utilizar en los clculos del muro:
Yagua Peso especfico del agua = 1000 kg/m3
Yc Peso especfico del concreto = 2400 kg/m3 = 2.4 ton/m3
Ycpeo Peso especfico del concreto ciclpeo=2250 kg/m3=2.25 ton/m3
Ys Peso especfico del suelo = 1500 kg/m
3
= 1.5 ton/m
3
Vs Valor soporte del suelo = 15000 kg/m2 = 15 ton/m2
ngulo de friccin del suelo = 28
Calculando carga de la losa y solera de corona ( Wl+v = Wl
+ Wv):
Carga de la losa Wl = 2400 kg/m3 (0.10 m) = 240 kg/m
Carga de la viga Wv = yc*b*h = 2400(0.20)(0.15) = 72 kg/m
Wl+v = 240 + 72= 312 kg/m
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Tabla II. Clculo del momento que se produce en el punto cero.
Fig Carga kg Brazo (m) Momento
(kg*m)
1
2
1(0.40)(2.10)(2250)
9453
2(0.40)=0.27
255.15
2 0.4(3.10)(2250) 2790 0.40+0.20=0.60 1674
3 0.4(0.6)(2250) 4502
1(0.4)=0.20
108
Pc 312 312 0.4+0.20=0.60 187.2
Pp 747.9 747.931 (0.6)=0.20 149.58
R=5334.90 MR=2373.93
-
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La presin que ejerce el agua es llamada presin activa (pa):
Pa = Yagua (2
1bh)=1000
3m
kg(2
1)(1.4)(2.1)=1470 kg/m
Momento de volteo que ejerce el agua, momento activo (Mact):
Mact = Pa(3
H) = 1470 (
( )3
1.2)=1029kg*m
La presin que ejerce el suelo es llamada presin pasiva (Pp):
Pp = Ys *2
2h*kp , usando la teora de Ranking
-
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Verificaciones de estabilidad:
a) Verificacin de estabilidad contra volteo Fsv >1.5
FSV =Mact
MR=
1029
93.2373= 2.30 > 1.5 OK
Verificacin de estabilidad contra deslizamiento Fsd >1.5
Coeficiente de friccin (Cf):
Cfs= 0.9 tan = 0.9 tan 28 = 0.478
Fuerza de Friccin Ffr = Cfs* R = 0.90(5334.90)= 4801.41kg
-
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Pmx y mn =BR
Be61
Pmx =80.0
9.5334=
+
8.0
)15.0(61 =14170.81kg/m2=
= mkg OK
De acuerdo a stos resultados, las dimensiones adoptadas para el muro son
aptas para resistir las cargas a que estar sujeto.
2.12 Diseo de red de distribucin
-
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e) Importante considerar dimetros mnimos para la economa del proyectose utiliz la frmula de Hazen-Williams, la cual es
( )( ) ( ) 85.187.4
85.1811141.1743
CD
QdLHf
=
( )2973525241.1
D
QdV
=
Donde:
Hf = Prdida de carga (m)
V = Velocidad (m/s)
L = Longitud de la tubera mas um factor del 3% por la topografa del terreno.
Qd = Caudal de hora mximo, o caudal de distribucin
-
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( )( ) ( ) 85.187.4
85.1
150926.054.05.25811141.1743 =Hf =1.95
Verificacin de velocidad
2
)926.0(
54.0973525241.1 =V =1.24 0.4 1.24 2 m/s.
NOTA: Los clculos se hicieron en hoja electrnica, tomndose dimetros
comerciales, ver tabla nmero 10 en la seccin de anexos.
2.13 Obras Hidrulicas
Vlvulas de limpieza: Son aquellas que se usan para extraer los sedimentos
acumulados en los puntos bajos de la tubera; para su instalacin se requiere
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Conexin domiciliar: Elementos para una conexin domiciliar son: Una llavede chorro, una llave de paso, un niple de 5, un niple de 1, 2 adaptadores
hembra, 2 codos H.G de 90 todos = y una base de concreto de un metro
por 20 cm.
Pasos areos: Los pasos areos se utilizan para superar obstculosnaturales como barrancos, zanjones, ros, quebradas, etc. Los pasos areos
estn constituidos por dos torres de concreto reforzado debidamente
cimentadas que sostienen un cable de acero, el cual va sujetado a dos pesos
muertos que estn enterrados uno a cada lado; esto con la finalidad de que este
cable cuelgue, por medio de pndolas. La tubera es de HG entre las torres.
Para este estudio se localizan as:
Pasos areos de 30 metros.
En la lnea de conduccin en las estaciones, E-3, E-4, E-7, E-8 y E-14, E-15.
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Carga viva (CV)
Aunque se recomienda proteger la tubera con alambre espigado, se asumir
que sta podra ser utilizada por alguna persona para pasar de un extremo a
otro, por lo que se distribuir el peso promedio de una persona a lo largo de
cada tubo.
CV = 150 Lb / (20 pies) =7.5 Lb/pie
La carga horizontal crtica en este tipo de estructuras, es la provocada por el
viento. Para esto, se asumir una velocidad de viento crtico de 70 Kg/H, la
cual desarrollar una presin de 20 Lb/pie2
Wviento = tubera * presinviento
LbLbpie 201
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Tensin del cableDe acuerdo con el Wire Rope Hand Book 1963, seccin 3:
( )d
LUTH
8
2= = Tensin horizontal
mximaTensinL
dTHT =+=
2
2161
verticalTensionTHTTV =+= 22
Donde
U = Carga ltima
L=Luz
D = Flecha
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El cable a utilizar es de que resiste 17, 171 lbs de tensin, cuyo peso es de
0.43 lbs/pie, al integrar el peso del cable a la carga muerta se obtiene:
CM= CM+ Wcable = 2.65+0.43=3.08 lb/pie
Mientras que la carga ltima ser:
U (lb/pie) L(pie) d(m) d(pie) TH(Lb) T(Lb) TV(Lb)
16.46 98.43 2.5 8.20 2430.2367 2561.69441 810.0789
16.46 98.43 2.72 8.92 2233.67344 2376.03132 810.0789
16.46 98.43 3 9.84 2025.19725 2181.20419 810.0789
16.46 98.43 3.33 10.93 1824.50203 1996.25536 810.0789
Tabla III. Clculo de la flecha
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Q = 17.062 pielb (9.84 pies)= 167.89 lb.
Para las pndolas se utilizar cable de de dimetro.
De acuerdo con el Wire Rope Hand Book, seccin 3, la longitud de pndolas
se calcula de acuerdo con la siguiente ecuacin:
Y = THXLUX
2
)(
Donde:
U = Carga ltima kg/m
X= Separacin de la pndola, respecto de la torre de soporte ms cercana, m.
L= Luz del paso areo, m.TH= Tensin horizontal, kg.
U = 17.062lb
piekg 11 =25.44
kg
-
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Fy = 2810 kg/cm
2
I = Momento de inercia = mbh
0072.012
)6.0)(4.0(
12
33
==
r = radio de giro = mA
I1732.0
)6.0)(4.0(
0072.0==
Lu = longitud libre de columna = 1.75 m
Longitud total de columna = 1.75+1= 2.75 m
Verificacin de esbeltez
22
2
r
Lu
221732.0
)75.1(2
-
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Refuerzo de columna. Considerando que la columna nicamente trabajar a
compresin, bajo carga axial muy pequea ( TV= 1549.93 lb = 0.77 ton),
comparada con lo que la columna puede soportar, se usar el criterio de la
seccin 10.8.4 del reglamento ACI 318-83, que indica que cuando el elemento
sujeto a compresin, tiene una seccin transversal mayor que la requerida para
las condiciones de carga, se puede emplear con el fin de determinar el refuerzo
mnimo, el rea efectiva reducida Ag no menor que del rea total, por lo
tanto:
Asmin = 0.01 2122
)60(4001.0
2cm
Ag=
=
Se reparte el rea de acero en 4 varillas, entonces:
4 No. 6 = 4 (1.91) = 7.64 cm2
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t = 15+7.5 = 22.5 t = 23 cm.Vs = Valor soporte del suelo = 15000 kg/m2 = 15 ton/m2
Ys = Peso especfico del suelo = 1500 kg/m3 = 1.5 ton/m3
Yc = Peso especfico del concreto ciclpeo = 2250 kg/m3
Ycpeo = Peso especfico del concreto ciclpeo=2250 kg/m3=2.5ton/m3
Calculando la carga ltima
Fcu =5.708.3
062.17
+=
+ CVCM
U= 1.61
Integracin de cargas que soporta la zapata:
Tensin vertical = = 0.77 tonPeso de columna = 2.4(2.75)(0,4)(0,6) = 1.58 ton
Peso del suelo = 1.5(1)(1)(1)-(0.4)(0.6) = 1.14 ton
-
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Va = ton37.0)30.7)(1(149.026.0
21 =
+
Vr =1000
)9.14)(100(210)53.0(85.0= 9.73 ton 0.37 ton < 9.73 ton ok
Verificacin por corte punzonante
Va = Wuz(Az-Ap) = 7.30(12-(0.6+0.149)2 = 3.21 ton
Vr =1000
)9.14))(9.1460(4(210)06.1(85.0 += 58.29 ton 3.21
-
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Asmin = 0.002(b)(d) = 0.002(100)(14.9) =2.98 cm
2
Por seguridad se usar No. 4 @ 0.20 en ambos sentidos.
Anclaje (de concreto ciclpeo). Sobre estos elementos actan tres tipos de
cargas; la tensin del cable, el empuje del suelo y su propio peso.
La tensin del cable, a su vez se descompone en dos fuerzas: Una vertical
hacia arriba que es contrarrestada por el peso propio del anclaje, si ste es del
tipo externo o descubierto, y por el peso propio y el peso del suelo sobre el
mismo, si es del tipo enterrado. Otra horizontal que es contrarrestada por la
friccin y el empuje del suelo, si es anclaje externo, y por la friccin y el empuje
del suelo si es enterrado.
La verificacin contra volteo, se simplifica debido a que:
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Datos:
=
4
2tan 1 = 26.47
T = 2623.55 lb = 1192.52 kg =1.31 ton
Tx = 1.31 cos(26.57) = 1.19 ton
Ty = 1.31 sen(26.57) = 0.53 ton
Kp = 2.77,Ka = 0.361
Ycpeo Peso especfico, del concreto ciclpeo=2250kg/m3 =2.25 ton/m3
Ys Peso especfico del suelo = 1500 kg/m3 = 1.5 ton/m3
Pp = Ka * Ys * 2)5.1(77.2
2
33hh
= = 2.08 h
3
Pa = Ka * Ys *)5.1(361.0 33 hh
0 27 h3
-
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++=+
434 09.02
)(19.12
)(53.08.12
25.269.0 hhhhhh
0.69h4 +1.13h4 = 0.47h+1.07h+0.16h4
1.66h4 =1.h
h = 0.92 m
Verificacin contra deslizamiento
5.1)(
5.1 >+
+>
PaTx
PpTyWCfs
actF
RF
H
H
Con 1.07
Cfs = 0.9 tan = 0.9 tan 28 = 0.479
W h3 Ycpeo 2 25 h3 2 25 (0 92)3 1 75 ton
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El tratamiento o sistema de desinfeccin mnimo, que se le debe dar al agua
para consumo humano, es de control sanitario y generalmente se aplica para
comunidades del rea rural, con fuentes provenientes de manantiales, donde el
caudal requerido no es muy grande.
La filtracin es un mtodo fsico, aunque por s solo no garantiza la calidad
del agua. Por ebullicin es otro mtodo que destruye grmenes nocivos que
suelen encontrarse en el agua, los rayos ultravioleta es otro mtodo, pero tiene
muy alto costo.
Los mtodos qumicos ms empleados para desinfeccin son: el yodo, la
plata y el cloro, siendo ste ltimo el ms recomendado.
Cloracin: Cloracin es el proceso que se le da al agua utilizando el cloro o
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De entre los derivados del cloro se eligieron las tabletas a travs del
alimentador automtico, dado que este es mucho ms econmico en cuanto a
su costo de operacin, comparado con el hipoclorito que necesita de un
operador experimentado y a tiempo completo, sin mencionar el costo y
operacin del gas que es otra opcin en el mercado. Para determinar la
cantidad de tabletas para clorar el caudal de agua para el proyecto se hace
mediante la frmula que se utiliza para hipocloritos, la cual es:
G=Cl
DMC
%
**
Donde:G= gramos de tricolor
C= miligramos por litro
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requiere de un alimentador automtico modelo C-250, con capacidad de 5
tabletas como mnimo.
2.15 Presupuesto del sistema de agua potable
El presupuesto se integro de la siguiente manera:
1. Planilla de materiales, herramienta y equipo: en este listado, se
integraron las unidades o diferentes renglones proyectados, con los
materiales de construccin tubera accesorios y materiales de ferretera
respectivos.
Adems, se realiz un clculo global de la herramienta y equipo
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Tabla IV. Presupuesto acueducto
PROYECTO ACUEDUCTO RURAL
COMUNIDAD Santo Domingo Pea Blanca
MUNICIPIO Siquinal
DEPARTAMENTO Escuintla
No DESCRIPCIN UNIDAD CANTIDAD PRECIO COSTO
1 TUBERIA P.V.C. Tubo 229.00 Q 37.85 Q 8667.65
2 ACCESORIOS PVC Accesorio 206.00 Q 5.25 Q 1085.50
3 TUBERIA DE HIERRO GALVANIZADO Tubo 206.00 Q 143.72 Q 29,607.10
4ACCESORIOS DE HIERROGALVANIZADO Accesorio 120.00 Q 15.14 Q 1,817.20
5 CAPTACIN UNIDAD 1.00 Q 4,776.77 Q 4,776.77
6 VALVULAS DE LIMPIEZA EN CAJA UNIDAD 3.00 Q 10,617.81 Q 31,853.43
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3. DISEO DE EDIFICACIN ESCOLAR
3.1 Descripcin del proyecto
El proyecto consiste en el diseo de una escuela de nivel primario, que ser
de un nivel y tendr dos aulas y cuatro baos. Esta edificacin se construir
utilizando el sistema estructural de mampostera reforzada. El tamao de las
aulas ser de 8.25 X 6.30 metros, y de los baos sern de 1.20 X 1.00 metros.
Los muros longitudinales tendrn espesor de 0.15 metros. La altura de estos
muros llega hasta el sillar, segn el tipo de ventana. Los muros transversales
tendrn espesor de 0.15 metros, y la altura en stos llega hasta el techo. Se
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en el criterio del diseador. Para este caso se necesita que tenga dos aulas
de enseanza y 4 baos.
3.2.1 Requerimiento de reas
Se necesita una escuela que conste de dos aulas, con una cortina plegable
de por medio, para que en determinado momento sta sirva como auditrium;
adicionalmente 4 baos, los cuales sern utilizados tanto por maestros como
por alumnos.
3.2.2 Distribucin de espacios
La forma de los espacios y su distribucin dentro de los edificios se hace del
modo tradicional en los edificios educativos de nivel primario, siendo sta, en
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3.2.4 Tipos de estructura
Para la construccin de una escuela de un nivel se pueden recomendar los
siguientes tipos de estructuras:
Muros de mampostera reforzada
Armadura de techo, costanera de metal o madera
Cubierta de lmina o fibrocemento
Cimiento: corrido, zapatas aisladas; corrido+zapatas.
3.3 Anlisis estructural
El anlisis completo de la estructura suele requerir del conocimiento de lasdimensiones de todos sus miembros, que estn determinados por decisiones de
diseo y deben basarse en el entendimiento de las fuerzas que actan en la
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Para esto, se puede recurrir a la experiencia en obras similares y utilizar
mtodos analticos cortos.
Columnas: El mtodo que se utiliza para predimensionar las columnas; es
decir, determinar la seccin, se basa en la carga aplicada a sta, considerando
como lado menor el ancho de las unidades de mampostera. Estas sern de
15*15 cms.
3.3.3 Cargas de diseo
Carga viva: Es la que se debe a ocupacin o uso, en este caso es de 80
kg/m2.
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Mtodo SEAOC (Structural Engineers Association of California)
Corte basal (V): Es la fuerza ssmica que el suelo transmite a la estructura
en su base, est dado por la frmula:
V = Z IKC S W donde:
Z = coeficiente de riesgo ssmico
I = coeficiente de importancia de la estructura
K = coeficiente que depende del tipo de estructura
C = coeficiente relacionado al perodo de vibracin de la estructura
S = coeficiente que depende del suelo
W = peso propio de la estructura
Para estructuras de un nivel, la combinacin de factores ZIKCS es igual a
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3.3.6 Anlisis de elementos
El anlisis comienza desde la cubierta hasta las cimentaciones; para esto,
es necesario tomar en cuenta las diferentes cargas a las cuales se ver
sometida la estructura, como tambin los mtodos y materiales de construccin
adecuados que cumplan los criterios tanto econmicos como estructurales.
3.4 Diseo estructural
3.4.1 Diseo de techos
Los techos sirven de defensa contra las inclemencias del tiempo o contracualquier otro agente exterior perturbador. En su construccin tienen que
tomarse en cuenta las caractersticas que deben poseer, para hacerlos ms
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Figura 9. Costanera tipo C
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Tabla V. Dimensiones de costaneras
COSTANERAS TIPO "C"
(dimensiones en
pulgadas)
A B C t
Altura
"A+B+2C"
(cm)
Espesor
"t"
4 2 1/2 1/16 17.78 0.15875
5 2 1/2 1/16 20.32 0.15875
6 2 1/2 1/16 22.86 0.15875
7 2 1/2 1/16 25.4 0.15875
8 2 1/2 1/16 27.94 0.15875
9 2 1/2 1/16 30.48 0.15875
10 2 1/2 1/16 33.02 0.15875
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Integracin de cargas
Carga muerta
Peso de la lmina+ traslapes = 8.50 Kg/m2
Peso de costaneras= 3.30 Kg/m
rea cubierta = 0.79*3.00 = 2.37 m2
Carga muerta lineal: (8.50*2.37)*1(metro lineal)+63.30 = 23.44 Kg/m
Carga viva = 80.00 Kg/m2
Carga viva lineal = 80* 0.508(ancho de costanera 2) = 4.64 kg/m
Carga total (W) = 23.44 + 40.64 = 64.08 Kg/m
Flexin
La flexin de una viga ocurre cuando se le aplica una carga, donde el eje
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Corte
Este es el esfuerzo cortante que acta en una viga, siendo paralelo o
tangencial a la superficie. Debe realizarse una sumatoria de cargas verticales,
normalmente si es una carga uniformemente distribuida las reacciones sern:
R1 = R2 = W*L / 2
Para su anlisis se considera la condicin que el cortante promedio, no debe
exceder a 1019.45 Kg/ cm2 para acero A36. Entonces se tiene la siguiente
ecuacin:
R = (64.08*2.50) / 2 = 80.10 Kg
El cortante ser: Fv = R / (A*t)
Fv = 80.10 / (10.16* 0.15785) = 49.94 Kg/cm2 < 1019.45 Kg/cm2 cumple
Deflexin:
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3.4.2 Diseo de costanera
Cargas muertas
WL+T=8.50 Kg/m2
Wcost=5*3.30 Kg/m = 16.50 Kg/m
Wpp= 5.38 Kg/m
rea de cubierta = 5.39 m * 1m = 5.39 m2
Carga muerta lineal = 8.50*5.39*1+16.50+5.38 = 67.695 Kg/m
Carga viva = 80 Kg/m2
Carga viva lineal = 80*0.0508 (ancho de costanera de 2) = 4.064 Kg/m
Carga total = 67.695 Kg/m + 4.064 Kg/m = 71.759 Kg/m
FLEXIN
M WL
-
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CORTE
Se calcula la reaccin, con la siguiente expresin:2
21
WLRR ==
El corte promedio no debe de exceder de 1,019.45 Kg/cm2 para el acero A36.
( ) ( )Kg
mmKgRR 39.193
2
39.5*/76.7121 ===
El cortante promedio es segn la ecuacin
tARFv*=
D d
-
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EI
WL
Dr
4
384
5
=
La cual debe ser menor que
200
LD
P
=
Datos
E = 2.1 x106 Kg/cm2
Ix = 74.50 cm4
L = 250 cm
( )( )
cmD 233025071759.05
4
=
=
-
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( )
( )222
L
EI
Pcr =
Datos:
2
2
2
443
810,2
210
79.819,218210100,15100,15
75.421812
15
12
cm
Kgf
cm
KgF
cm
KgfE
cmbh
I
y
c
c
=
=
===
===
C l l d
-
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cS AA %1min =
Donde:
Ac= rea de la seccin de la columna en estudio
ASmin = rea de acero expresada en porcentaje del rea de la columna
( ) 2min 25.21515%1 cmAS ==
3.4.4 Diseo de zapatas
Datos de diseo
-
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Integracin de cargas que soporta la zapata (pz)
Carga Vertical = 193.39 = 0.1933 Ton
Peso columna = 3*0.15*0.15*0.15*2.4 = 0.162 Ton
Peso del suelo = 1.4 *0.60*0.65*0.65 = 0.3549 Ton
Peso propio de la zapata = 2.4*0.80*0.80*0.23 = 0.35328 T
Peso total (Pz) = 1.06348 Ton
rea zapata asumida = 0.8 * 0.80 = 0.64 m2
-
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Corte actuante
7338.0)075.015.080.0(*80.0*59222.1
)(*
==
=
a
zzza
V
RBLLWUV
Corte del concreto
TonV
dLFV
C
ZCC
78.79.14*80*210*53.0*85.0
***53.0*85.0
==
=
cumple< 78.77338.0
Verificacin del corte punzonante
AAWUV )(
-
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Datos de la seccin de cimiento
cmd
Cmr
Cm
Cmh
025.125.7475.020
5.7
475.02
95.0
20
==
=
==
=
Para el clculo del rea de acero se utiliza la expresin:
)7.1
(bF
FAdFAM
C
YS
YS =
Sustituyendo datos en la anterior ecuacin se obtiene20590 cmA =
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TablaVII. Presupuesto escuela comunidad Santo Domingo Pea Blanca
ESCUELA COMUNIDAD SANTO DOMINGO PEA BLANCA, SIQUINAL, ESCUINTLA
No. DESCRIPCIN UNIDAD CANTIDAD PRECIO COSTO
1 Excavacin m 24.00 Q80.00 Q1,920.00
2 Cimiento corrido ml 58 Q134.596 Q7,806.59
3 Zapata z-1 unidad 17 Q308.511 Q5,244.69
4 Solera hidrfga ml 58 Q58.613 Q3,399.56
5 Solera intermedia ml 58 Q69.350 Q4,022.29
6 Solera final ml 58 Q55.147 Q3,198.50
7 Solera mojinete ml 15 Q96.138 Q1,442.07
8Levantado de block pomez m2 100.00 Q231.724 Q23,172.40
9 Piso de concreto m2 115.00 Q116.995 Q13,454.43
10 Puerta de metal Unidad 2.00 Q1,300.000 Q2,600.00
11
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CONCLUSIONES
1. La realizacin del Ejercicio Profesional Supervisado (E.P.S.) contribuyea la formacin profesional del futuro Ingeniero Civil, ya que permite
llevar a la prctica la teora, adquiriendo criterio y experiencia a travs
del planteamiento de soluciones viables a los diferentes problemas que
padecen las comunidades de nuestro pas.
2. La realizacin de los proyectos de abastecimiento de agua potable y
edificacin escolar en la comunidad Santo Domingo Pea Blanca,
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RECOMENDACIONES
Al comit de comunidad Santo Domingo Pea Blanca
1. Cuando se realice la construccin, aplicar estrictamente las
especificaciones contenidas en los planos,, para garantizar la calidad y el
buen funcionamiento del sistema de abastecimiento de agua potable y laedificacin escolar.
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BIBLIOGRAFA
1. Mrida Morales Geler Kennyn . Diseo de: Introduccin de agua potable
al casero El Limonar y centro recreativo de la cabecera municipal
de Aguacatn, Huehuetenango. Tesis de Ingeniero Civil.
Guatemala, Universidad de San Carlos de Guatemala, Facultad de
Ingeniera, septiembre de 2004.
2. Frederick S. Merritt, M. Kent Loftin y Jonathan T. Ricketts. Manual del
ingeniero civil. Cuarta edicin (Tercera edicin en espaol).
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ANEXOS
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Tabla VIII. Libreta topogrfica
COTA
DETERRENO
103.8
4
100.5
4
93.8
0
82.2
3
90.0
1
88.7
3
84.4
5
75.5
0
66.6
4
48.4
2
47.5
6
48.8
6
46.6
5
48.1
9
48.8
3
49.8
6
DISTA
NCIA
A
28.3
9
55.0
1
110.0
1
163.9
6
221.9
5
272.8
9
310.6
7
385.6
4
435.0
0
502.2
1
568.1
8
581.6
1
706.5
8
636.6
0
719.1
9
817.9
9
DISTANCIA
INDIVIDUAL
28.3
9
26.6
3
55.0
0
53.9
5
58.0
0
50.9
3
37.7
9
74.9
7
49.3
6
67.2
1
65.9
7
79.4
0
124.9
7
54.9
9
82.5
9
98.7
9
A
LTURA
NTO
1.41
1.41
1.46
1.41
1.45
1.35
1.22
1.23
1.39
1.32
1.41
1.41
1.42
1.42
1.37
1.37
IOR
0 0.5
0.5
1.2
1 0.5
0.5
1 1 0.5
0.5
1 1 1 1.0
1
0.7
1
DIO
Dom
ingo
Pe
aBlanca,
Siqu
ina
l,
Escu
in
tla.
an
tino
Zamora
Jo
lon
an
Merc
kCos
FICA
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Tabla IX. Cuadro bases de diseo.
Bases de diseo acueducto santo domingo pea blancaDise y Calcul: Severo Constantino Zamora Jolon
Revis: Ing Juan Merck Cos
NMERO HABITANTES PERODO POBLACIN POBLACIN
PORCE
E
DE POR DE DISEO ACTUAL FUTURA DE
CASAS CASA EN AOS HABITANTES HABITANTES UTILIDTASA DE
CRECIMIENTO
27 6 3% 20 162 303 30%
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Tabla X. Cuadro resumen de clculo hidrulico
CONDUCCIN
TRAMO
COTA
TERRENO
INICIAL
COTA
TERRENO
FINAL HFDISPONIBLE L Q DT DC HFREAL CP
VELOC
IDAD
PRESI
N
No.
TUBOS
0 5 103.84 90.01 13.83 221.87 0.33 0.80 1" 2.01 101.83 0.65 11.73 37
5 8 90.01 75.50 26.33 164.00 0.33 0.70 3/4" 4.50 97.33 0.76 21.83 28
DISTRIBUCIN
TRAMO
COTA
TERRENO
INICIAL
COTA
TERRENO
FINAL
HFDISPON
IBLE L Q DT DC HFREAL CP
VELOC
IDAD
PRESI
N
No.
TUBOS
8 9A 75.50 59.70 15.80 25.50 0.54 0.60 3/4" 1.95 73.55 1.24 13.85 5
9A 9B 59.70 58.10 15.45 65.00 0.36 0.62 3/4" 2.34 71.21 0.83 13.11 11
9A 10 58.10 48.42 25.13 41.00 0.46 0.56 3/4" 2.32 68.89 1.06 20.47 7
10 11 48.42 47.56 21.33 65.97 0.25 0.51 3/4" 1.21 67.68 0.58 20.12 11
10 10A 47 56 48 00 20 89 20 00 0 42 0 49 3/4" 0 96 66 72 0 97 18 72 4
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Tabla XI. Anlisis fsico qumico.
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Tabla XII. Anlisis bacteriolgico.
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