Tomo12 Equipamiento Rural2

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FASCICULO I-3:
ESTRUCTURAS BASICAS Y
EQUIPAMIENTO GENERAL
CONTENIDOS
El presente fascículo completa los dos anteriores (tomo 11) con nuevos
conocimientos generales sobre construcciones de equipamiento general, y al
mismo tiempo avanza con respecto a ellos ya que se ocupa más directamente de
las técnicas de construcción propiamente dichas, es decir muros de contención,
paredes de ladrillos, adobes, tapiales, quincha o cantería, coberturas o techos,
puertas y ventanas, cimientos, terminando con una parte sobre bombas de agua y
otra sobre excavación de pozos.
Como guía para la construcción de estas obras, el fascículo incluye
descripciones, sistemas y fórmulas de cálculo de ingeniería, técnicas de trabajo,
recomendaciones. De 1a misma manera que en la mayoría de los fascículos de
los bloques H e I, cuando se presentan cálculos a realizar, se ofrece una serie de
ejemplos para ilustrar su uso.
El fascículo I-3 comprende doce partes y es también uno de los más largos del
Manual:
I
: Introducción.
II : Muros de Contención
III : Muros de 1adrll1os.
IV : Muros de adobes.
V : Muros de tapial.
VI : Tabiques de quíncha.
VII : Muros de cantería.
VIII : Coberturas y techos.
IX : Carpintería de madera.
X : Cimientos y sobrecimientos.
XI : Bombas de agua.
XII : Excavación de pozos de agua superficial.
La parte I (“Introducción”) sintetiza objetivos y condiciones del fascicu1o,
La parte II (“Muros de contención”) comienza por presentar las partes y 1a
geometría de un muro de contención y las acciones externas que actúan sobre él.
Luego analiza éstas y propone las fórmulas de cálculo para: peso propio del
cemento; peso propio del cuerpo; carga vertical; fuerza de fricción; peso del
terreno encima del cimiento y del talud; peso del agua encima del cimiento y del
talud; empuje del terreno; empuje horizontal del agua. sub presión; reacción
total del terreno; fuerza de fricción.
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A continuación, estudia la estabilidad del muro de contención al volteo
(del cuerpo, del muro y cimiento), al deslizamiento, así como la estabilidad del
terreno de cimentación y su posib1e erosión, o la erosión del muro mismo.
Para ilustrar los procedimientos y fórmulas antes señaladas, se desarrollan
con amplios detalles cuatro ejemplos de diseño de muros de contención,
tomando el caso del relleno de una carretera (ver 1-4), de la contención de una
carretera con muro de concreto ciclópeo, del encauzamiento de un río, y del
estribo de un puente (ver 1-4),
La parte III (Muros de ladrillos) describe las características del ladrillo de
arcilla cocida, los aparejos (o formas de colocación) que se pueden hacer con
ladrillos King Kong o con los corrientes, y la forma de asentarlos.
La parte IV (“Muros de adobes”) precisa las dimensiones de los adobes y la
forma de asentarlos y de colocarlos en intersecciones o esquinas, antes de
analizar el problema de su resistencia a vientos y sismos y, por tanto, el papel de
los arriostres y los sistemas para su cálculo,
La parte V (“Muros de tapial”) se ocupa del procedimiento para hacer tapiales
y de los cálculos de fuerzas y acciones para su diseño.
La parte VI (“Tabiques de quincha”) presenta brevemente los distintos tipos
de muros de quincha,
La parte VII (“Muros de Cantería”) señala las posibilidades y ventajas de
recuperar el sistema de la cantería, con un proyecto del SESA para permitir su
mejoramiento.
La parte VIII (“Coberturas o techos”) examina primero los diferentes tipos de
techos (según el material de cobertura: pencas, paja, tejas y calaminas, con los
problemas, ventajas y técnicas de su empleo) y después los tijerales de madera
para soportar dichos techos, proponiendo los cálculos de cargas y fuerzas
actuantes para diferentes tipos de nudos y ejemplos muy detallados de estos
cálculos,
La parte IX (“Carpintería de madera”) está dedicada a las puertas de madera,
con sus mamparas de protección, y muy brevemente a las ventanas (ya que poco
se usan).
La parte X (“Cimientos y sobrecimientos”) describe los rasgos principales de
un cimiento, las cargas admisibles por el terreno y los tipos de cimientos
(corridos, aislados y especiales), completando con recomendaciones para
sobrecimientos.
La parte XI (“Bombas de agua”) presenta los distintos tipos de bombas (según
su fuente de energía y su mecanismo de transformación) y analiza su
funcionamiento con los problemas de pérdida de carga, de cavitación, de
velocidad del agua y otros, antes de considerar criterios para la selección de una
bomba y técnicas para su 1nstalación.
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La parte XII (“Excavación de pozos de agua superficial”) se ocupa de la
elección y preparación del terreno, del replanteo en terreno y de 1as técnicas de
excavación según se trabaje en seco o con agua en el pozo.
APORTES
Al igual que los dos primeros fascículos de este bloque. Sobre
equipamiento rural, el presente material se caracteriza por recoger y explicar las
técnicas usuales en el área cajamarquina, proponer 1as fórmulas de cálculos de
ingeniería que permitan asegurar su solidez y resistencia y dar ejemplos de las
mismas. Este tipo de presentación puede ser de gran utilidad como guía en
Cajamarca misma y como referencia en otras partes, a manera de material de
capacitación o de consulta
COMPLEMENTOS
Tal como lo señala el propio fascículo, existen otras estructuras posibles y otras
técnicas para realizarlas. Aquí se retornan aquellas de mayor uso o de mayor
utilidad para Cajamarca. Los usuarios del Manual en otras zonas habrían de
completar con los elementos característicos o convenientes para sus propias
realidades, sirviéndoles este fascículo de referencia e incentivo.
USOS
Se podrían distribuir los contenidos de este fascículo según el tipo de obra
a la cual pertenece cada estructura. Así la parte II sobre muros de contención
sirve para obras de infraestructura general las partes III a X para viviendas y
otros locales y las partes XI y XII para obras de equipamiento con agua
destinadas a un asentamiento humano o a una sola familia.
En cada caso, y al igual que para los dos anteriores fascículos, la
presentación es generalmente asequible a todo tipo de público, salvo lo referente
a cálculos técnicos muy especializados.
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Nombre de la Práctica
I.- ESTRUCTURAS BASICAS Y EQUIPAMIENTO GENERAL
(Codigo I-3 )
I.- INTRODUCCION
1.1. DESCRIPCION
Bajo el nombre de estructuras básicas y equipamiento general, se han agrupado
una serie de elementos o infraestructura básica de aplicación general en el
equipamiento rural, a saber: muros de contención, muros de ladrillo, muros de
adobe, muros de tapial, muros de quincha, muros de cantería, techos, carpintería
de madera, cimientos y sobrecimientos, bombeo de agua y excavación de pozos
superficiales. Estos temas son de aplicaci6n general no sólo en lo que concierne
al bloque temático de equipamiento rural (I), si no para todos aquellos temas que
de alguna manera involucran el uso de determinadas estructuras,
constituyéndose por lo tanto en un complemento importante.
1.2 CONDICIONES PARA SU APLICACIÓN
Las técnicas constructivas expuestas en el presente manual son sencillas, tal
como son aplicadas en el ámbito rural del SESA-Cajamarca.
El usuario podrá aplicarlas ó adaptarlas de acuerdo al problema específico que
se trate, siguiendo las recomendaciones impartidas en cada caso.
1.3 OBJETIVOS
a.- Servir de apoyo en la construcción de diversos tipos de estructuras
indispensable para coadyuvar al desarrollo integral del medio rural.
b.- Apoyar al poblador rural en el mejoramiento de su calidad de vida, de él y
su familia, al posibilitar el aprovechamiento de la tecnología constructora,
en forma más eficiente.
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II. MUROS DE CONTENCION
2.1 DEFINICION
Son estructuras de mampostería de piedra, concreto ciclópeo o concreto armado
que se construyen con la finalidad de soportar el empuje de algún material que
pueda ser el propio terreno, agua, materiales almacenados u otros; tienen
geometría bien definida y adecuada para los fines pertinentes.
Los muros de contención tienen innumerables usos en las obras de ingeniería, se
usan para estabilizar taludes de corte o de relleno en carreteras, para canalizar
ríos, quebradas y otros cursos de agua, para soportar puentes (en cuyo caso se
denominan estribos), etc.
2.2 PA RTES DE UN MURO DE CONTENCION
Existe mucha variedad de diseños de muros de contención, sin embargo las
partes más importantes son:
a.- Cimiento
b.- Cuerpo.
El cimiento tiene generalmente la forma de un paralelepípedo de ancho (bc) y
alto (hc); el largo es variable, pero se acostumbra tomar una unidad de longitud
equivalente a 1 m, para fines del cálculo estructural.
El cuerpo del muro tiene la forma de una pirámide irregular truncada; de esta
forma básica pueden derivarse una serie de formas particulares según el
problema que se esté tratando.
2.3. GEOMETRIA DE UN MURO DE CONTENCION
Las dimensiones específicas de muros dependen del problema en estudio y del
material escogido para su construcción; si el muro es de mampostería de piedras
las dimensiones suelen ser grandes, si es de concreto ciclópeo resulta una
estructura más liviana, y si es de concreto armado se puede utilizar una
geometría bastante esbelta.
17
.
18
En el caso general, en un muro de contenci6n pueden actuar algunas de las
siguientes fuerzas:
W1
W2
P
f2
Wti
WAj
WTj
WAj
ETi
ETj
EAi
EAj
= peso propio del cimiento.
= peso propio del cuerpo del muro.
= carga vertical transmitida en la corona del muro por algún
agente externo (un puente por ejemplo).
= carga horizontal de fricción entre la corona del muro y el agente
externo.
= peso del suelo encima del cimiento y del talud izquierdo del
muro.
= peso del agua encima del cimiento y del talud izquierdo del
muro.
= peso del suelo encima del cimiento y del talud de la derecha del
muro.
= peso del agua encima del cimiento y del talud de la derecha del
muro.
= Empuje horizontal del terreno en el lado izquierdo.
= Empuje. horizontal, del terreno en el lado derecho.
= Empuje horizontal del agua en el lado izquierda.
= Empuje horizontal del agua en el lado derecho.
σ1 y σ2= Valores mínimos y máximos de la reacción del terreno de
Sp
f1
T
cimentación.
= Sub presión.
= Fuerza de fricción entre el cimiento y el suelo.
= Reacción total del terreno.
En un caso particular, deberán puntualizarse las acciones o fuerzas que actúan.
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2.5 CALCULO DE LAS ACCIONES QUE ACTUAN
Las acciones o fuerzas que actúan en el muro de contención quedarán detenidas
cuando se conozcan sus valores absolutos, sus puntos de aplicación y sus
direcciones. Analizaremos cada una de las acciones:
A. PESO PROPIO DEL CIMIENTO (W2 )
Valor absoluto : W2 =
volumen del cimiento x peso específico del
material usado (1)
W2 = b2 x h2 x 1.0 x W1
centro de gravedad del cimiento. Si tiene la
Punto de aplicación :
forma de un paralelepípedo, coincide con
su centro geométrico, es decir:
a: b2 y a h2
2
2
Dirección: de arriba hacia abajo
B. PESO PROPIO DEL CUERPO. (W1)
Valor Absoluto: W1:volumen del cuerpo x peso específico del material (1)
W1 =
b1 + e1
h1 x 1.0 x W2
....2
El volumen del cuerpo se puede calcular mediante otras fórmulas si su
sección transversal no es un trapecio como en el caso considerado.
en el centro de gravedad del cuerpo.
Punto de aplicación:
El centro de gravedad de un cuerpo de sección trapezoidal no coincide
con su centro geométrico.
___________________________________________________________________________________
(1) Para pesos específicos de algunos materiales de construcci6n consultar: El cuadro Nº 2.1., Cap. II del Manual 1-4 "Infraestructura Vial"; cuadro Nº 6.2, Cap. VI del Manual I-1 "Tecnologías Básicas.. =; Anexo 1 del Manual H-6 "Caídas de agua en Canales Abier;
tos". -
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Dirección: de arriba hacia, abajo.
C. CARGA VERTICAL, P:
Depende de las características del elemento que origina tal acción. Si se trata
de un puente, el valor de P es la relación máxima o mínima (según el que sea
más crítico) en el apoyo. También debe considerarse el tiempo de
construcción en el cual existe una etapa en la qua no hay carga P (cuando el
puente aún no se construye) y otra etapa en la cual ya existe P. Para la
estabilidad del muro el caso más crítico puede ser uno u otro.
Valor Absoluto: deberán considerarse las alternativas posibles:
P=O
P = reacción mínima
P = reacción máxima
Punto de Aplicación, Se considera aplicada en el punto medio de la corona
del muro.
: Vertical de arriba hacia abajo.
Dirección
D. FUERZA DE FRICCION f 2 : Depende igualmente de las características que
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tenga el apoyo con el elemento que genera la acción,
Valor Absoluto: f2 = µ2 P , Donde: µ2 = coeficiente de fricción I
P = carga vertical
El cuadro Nº 2.1 muestra los valores de µ2
Punto de aplicación, Se, considera aplicada en el centro de la corona
del muro.
Dirección: horizontal, de izquierda a derecha ó de derecha a izquierda según
sea la tendencia al volteo del muro; esta fuerza se opone al volteo.
E. PESO DEL TERRENO ENCIMA DEL CIMIEN TO Y DEL TALUD, (WT):
Valor absoluto: WT = volumen del suelo x peso específico
El volumen del suelo depende de la geometría específica que muestre; el caso
más complicado suele ser el siguiente:
Peso específico W, se puede obtener de la tabla correspondiente, debiendo
tener cuidado en determinar si se trata de suelo sumergido o de suelo seco.
En el caso de existir una parte de suelo seco y otra de suelo sumergido, es
recomendable efectuar el análisis en forma separada.
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Dirección: vertical de arriba hacia abajo.
F. PESO DEL AGUA ENCIMA DEL CIMIENTO Y DEL TALUD, (WA)
Valor absoluto: WA = volumen x peso específico
El volumen del agua corresponde en el caso más general al volumen de una
sección trapecial.
El peso específico del agua es de 1,000 Kg/m3 (1)
Ubicación: En el centro de gravedad; se pueden usar las siguientes fórmulas:
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------(1) Ver página de este Manual
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Dirección
: vertical de arriba hacia abajo
G. EMPUJE DEL TERRENO.
El terreno ejerce presión sobre una superficie determinada de manera similar al
empuje general que genera un fluido tal como el agua, pero con valores
diferentes. La superficie sobre la cual se calcula el empuje generalmente es
vertical, sin embargo se pueden considerar superficies inclinadas hacia el terreno
de relleno o alejándose de él.
Considerando (W) el peso específico del material y (K) como el coeficiente de
empuje se tienen los siguientes casos en la figura Nº 2.6
El valor de K, depende de varios factores tales como: ángulo de reposo del
material
de
relleno; inclinación (β) del terreno del relleno y de la
inclinación de
la superficie considerada.
=0 (superficie vertical), el valor de (K) puede calcularse
Si β= 0 y
mediante:
(1) CON8ULTAR FIG. 19 Anexo 1, del MANUAL H-6
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EMPUJE HORIZONTAL DEL AGUA , (EA):
Y12
Valor absoluto : EA = 1,000 KG
m3
2
_
Ubicación : Y = Y1
3
Dirección: hacia el lado sin agua
H. SUB PRESION , (SP) :
Se debe al desnivel de las superficies del agua entre ambos lados del muro.
El agua, trata de recuperar el mismo nivel, ocasionando una subpresión en el
cimiento del muro.
, a una distancia “x” del extremo del cimiento, puede
La sub presión
calcularse mediante la r6rmula de BLIGHT:
= WLC' (h + h' - h Lx )
bc
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28
Si (h) se expresa en mt, y (W) en kg/cm3, entonces el punto x :
Lc – ch ; (Lc) es la longitud compensada de filtración
(h) es la carga que produce la filtración
Σ distancia del punto “A” al “H”
Lc = Ch
__ ___ ___ __
Lx = AB + BC + CD + DX
• Las distancias verticales y horizontales tienen el mismo peso.
Valor absoluto: SP = área del diagrama de presiones
__________________________________________________________________________________________
1 Nota: El criterio de lane de otros valores para “C”, considerado que las longitudes verticales tienen 1 de peso y las horizontales 1/3
de peso
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( si el diagrama fuera triangular entonces, X = bc )
3
Dirección: Vertical, de abajo hacia arriba.
J. REACCION TOTAL DEL TERRENO, (T):
El terreno presenta una reacci6n (T) que debe equilibrar las acciones
actuantes.
Para el cálculo de la reacción total del terreno se deberá tener en cuenta las
condiciones de equilibrio estático; es decir que la suma de las fuerzas debe
ser cero; se acostumbra efectuar el análisis por separado de las fuerzas
verticales y de las horizontales.
Las fuerzas verticales que se toman en cuenta son:
Peso del cimiento, peso del muro, pesos del terreno encima del cimiento y
del talud, pesos del agua encima del cimiento y taludes; peso adicional P y
sub-presión.
Valor absoluto:
T = W1 + W2 + P + WTi + WTj + WAi + WAj - SP
Ubicación : En el centro de gravedad del diagrama de reacciones.
Pera poder dibujar el diagrama de reacciones, es necesario considerar a las
fuerzas verticales y horizontales que intervienen; se deben tomar momentos
con respecto a un punto cualquiera del cimiento, generalmente se escoge el
punto medio del cimiento: N
Al tomar momentos con respecto al punto "A" de todas las fuerzas actuantes
(menos la secci6n del terreno), se encuentra el momento total que deberá ser
equilibrado por el empuje del terreno multiplicado por su distancia al punto
“A”.
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El conocimiento de los valores de σ1 y σ2 es muy importante para verificar
si las presiones trasmitidas al terreno NO superan los máximos permisibles.
Dirección: Vertical de abajo hacia arriba
K. FUERZA DE FRICCION, (f1):
Valor absoluto: f 1 = µ1, T, donde:
µ1 = coeficiente de fricción entre el cimiento y el suelo. (Cuadro 1.1)
T = reacción total del terreno
Ubicación: En el punto de aplicaci6n de T, en la superficie del cimiento.
Dirección: Se opone al posible deslizamiento del muro.
NOTA: En el caso de que presente un deslizamiento real del muro por fa-
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lla de la fuerza de fricción, aparece una nueva fuerza debida a la reacción
horizontal del terreno que no ha sido considerada anteriormente porque se ha
supuesto que el muro NO sufrirá deslizamiento.
2.6 ESTABILIDAD DEL MURO DE CONTENCION
Para analizar la estabilidad de un muro, es necesario determinar las posibles
fallas que pueda tener, siendo ellas:
a. Volteo
b. Deslizamiento
c. Falla del terreno de cim8ntaci6n por sobre carga
d. Erosión del terreno de cimentaci6n
e. Erosión del propio muro.
Las tres primeras fallas se deben fundamentalmente a la geometría del muro, en
cambio las dos ú1timas incluyen además otros factores tales como calidad de
materiales, tecnología de fabricación, etc.
A. ESTABILIDAD AL VOLTEO
El volteo de un muro, o de parte del mismo, se da como consecuencia de la
falta de equilibrio de los momentos actuantes. Pueden ocurrir volteos de la
mitad superior del muro, del cuerpo sobre el cimiento, o de todo el muro
incluyendo el cimiento. En el caso general será necesario verificar todas las
alternativas de volteo posibles.
a.1 Volteo del cuerpo del muro sobre el cimiento.
En este caso ocurre que el cuerpo del muro se
desprende del cimiento y gira alrededor del punto "B";
el cimiento queda en su lugar.
En estas condiciones todos los pesos verticales
generan una reacción concentrada en el punto de giro
(punto B).
El análisis a este volteo se hace tomando momentos
con respecto al punto de giro (punto B). con lo cual el
valor de la reacción.
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NO se considera por tener un momento NULO.
Con respecto al punto B, existen fuerzas que generan momentos a favor
del volteo (momentos de volteo) y fuerzas que generan momentos que
se oponen a é1 (momentos estabilizantes); estos momentos deben
analizarse separadamente.
La reacción entre el momento total estabilizante y el momento total de
volteo, no proporciona el coeficiente de seguridad al volteo, el cual debe
ser mayor e igual a 2 para que el muro se considere estable.
a.2 Volteo de todo el muro sobre el terreno.
En este caso se considera 1a posibilidad de que el muro entero,
incluyendo el cimiento, gire alrededor del punto "B” del terreno.
Al igual que el caso anterior, la reacción total del
terreno se concentra en el punto de giro "B" y
tiene un momento NULO con respecto a dicho
punto.
El coeficiente de seguridad al volteo, calculado
como la reacción entre el momento total
estabilizante y el momento total de volteo, debe
ser igual o mayor a 2.
B. ESTABILIDAD AL DESPLAZAMIENTO.
El deslizamiento del muro o de parte de él, se da como consecuencia de la
falta de equilibrio de las fuerzas horizontales que intervienen, sobre todo
cuando las fuerzas de fricción esperadas resultan insuficientes. Puede haber
deslizamiento de una parte del muro, del cuerpo del muro sobre el cimiento o
da todo el muro. En el caso general deberán verificarse todas las
posibilidades de deslizamiento que puedan ocurrir.
El deslizamiento de una parte del muro se evita mediante el monolitismo,
mediante armadura o mediante una buena trabazón de mampuestos.
La relación que existe entre la fuerza total a favor del deslizamiento y la
fuerza total que se opone al mismo, se denomina coeficiente de seguridad al
deslizamiento y debe ser igual o mayor a 2 para que se con-
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sidere estable.
C. ESTABILIDAD DEL TERRENO DE. CIMENTACION.
Como consecuencia de las acciones actuantes, el terreno de cimentación
genera reacciones que tienen valores mínimos (σ1;) y valores máximos (σ2).
Puesto que la capacidad resistente del terreno es limitada, debe verificarse
que la reacción máxima actuante no supere a la capacidad portante máxima
permisible del terreno, con la finalidad de evitar asentamientos pronunciados
del suelo de cimentación que ocasionen giros del muro. En el caso extremo,
el giro puede ocasionar el colapso total de la estructura.
El valor de la capacidad máxima permisible del terreno se obtiene como
consecuencia del .análisis de las características del terreno de cimentación (1)
D. ESTABILIDAD DEL TERRENO A LA EROSION
La falla del terreno de cimentación por erosión se presenta generalmente en
muros construidos en cursos de agua, tales como ríos, quebradas, etc., con la
finalidad de encauzamiento, apoyos de puentes (estribos) etc.
La erosión del terreno de cimentación es producida por la corriente del agua,
y si es muy severa ocasiona el colapso total de la estructura.
El problema de la erosión es muy complejo, sobre todo en los cursos de agua
de la sierra peruana que, geo1ógicamente, son muy inestables y
desconocidos, por lo cual es recomendable obtener la opinión de
profesionales especialistas.
Una buena práctica, para evitar que la erosión del cauce desestabilice al
cimiento, consiste en efectuar una cimentación profunda, que debe ser el
triple de la diferencia de niveles del agua entre la máxima ave-
_____________________________________________________________________________
(1) Consultar capítulo VII anexo 7.1 del Manual I-1, sobre algunas propiedades constructivas de los suelos de
cimentación.
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nida y la mínima descarga; sin embargo esta norma no siempre resulta eficaz.
Debe tenerse presente que un curso de agua es por sí un lugar inestable y las
obras que se ejecutan en él perturban el precario equilibrio que puede existir
ocasionando mayores velocidades, mayores erosiones, etc., por lo cual se
recomienda mucho cuidado en los diseños de estas obras.
E. ESTABILIDAD DEL MURO A LA EROSION DEL MISMO:
Para que un muro sea estable a la erosión, deberá estar bien construido.
Un muro de piedra en seco es menos resistente a la erosión que un muro de
concreto, por lo cual no resulta recomendable para casos de agua o para
aquellos lugares donde la escorrentía del agua tendrá posibilidades de
erosionar al muro. Si el muro se construye con mampuestos labrados
asentados con mortero de cemento, se pueden lograr resultados muy buenos.
Si el muro se fabrica con concreto cic1ópeo muy pobre o con agregados no
apropiados (deleznable) o contaminados con sustancias nocivas (arcilla,
tierra de cultivo, materias orgánicas, etc.) el muro tendrá mucha posibilidad
de ser erosionado, sobre todo en cursos de agua.
La mejor manera de evitar la erosión del muro mismo consiste en efectuar
una buena construcción y utilizar materiales de buena calidad.
2.7 DISEÑO DE MUROS DE CONTENCION
El diseño de un muro de contención comprende tres partes:
a. Dimensionamiento geométrico del muro.
b. Análisis de la estabilidad del muro
c. Redimensionamiento geométrico y diseño definitivo.
El dimensionamiento geométrico del muro consiste en optar por una solución
geométrica tentativa para resolver el problema específico en estudio. Para
realizar este dimensionamiento se deberán tomar algunas desi-
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ciones previas tales como: escoger los materiales del muro; escoger la
tecnología de construcción y prever las posibles fallas del muro para
compensarlas.
Generalmente se requiere de cierta experiencia para lograr un diseño tentativo
que resulte conveniente, debiendo tener en cuenta que el sobre
dimensionamiento de la estructura ocasiona costos muy elevados, por lo cual un
buen diseño supone una estructura estable, pero no sobre dimensionada.
Para la ejecución del dimensionamiento geométrico se requiere conocer en
detalle el problema a resolver y se deben tener los planos topográficos y otros
datos necesarios.
El análisis de la estabilidad del muro consiste en verificar si la estructura
propuesta es estable al volteo, al deslizamiento, a la resistencia admisible del
terreno de cimentación y a la erosión. Estos chequeos se realizaron en todos los
casos que sean necesarios para garantizar la estabilidad total de la estructura.
El redimensionamiento consiste en efectuar las correcciones necesarias, como
consecuencia del análisis de la estabilidad. El diseño definitivo deberá permitir
el conocimiento de todos los parámetros del muro y las especificaciones para su
construcción.
2.8 EJEMPLO DE APLICACION
Ejemplo:
A. MURO DE CONTENCION PARA EL RELLENO EN UNA CARRETERA
En una carretera a media ladera, la pendiente natural del terreno es de 1:3 (1
horizontal, 3 vertical).
Se desea construir un muro de mampostería de piedra asentada con mortero
para contener el relleno efectuado.
Solución:
1. Dimensionamiento Geométrico
Para muros de mampostería de piedra las dimensiones recomendables, se
muestran en el cuadro 2 .4.
36
37
38
La fuerza que tiende a voltear al muro proviene del empuje del terreno y del
peso adicional de los vehículos encima de la carretera; las fuerzas que
estabilizan al muro e impiden el volteo son el peso propio y el peso del terreno
encima del talud del muro.
- Peso propio del cuerpo del muro,
W1 = volumen x
ω
(1.35 + 0.40
1.35 + 0.40 ) 2.40 x 2,100 = 4,410 Kg
2
Ubicación con respecto al punto B:
W1 =
(
39
Y la distancia del punto B será
1.35 - 0.747 = 0.603 m . con respecto a B.
- Peso del terreno WT1 :
Peso del terreno : WT, (incluyendo una carga adicional como peso de vehículo,
equivalente a 2.5 de relleno (1)
_______________________________________________________________
(1) las sobrecargas de vehículos pueden explicarse como cargas uniformemente repartidas de altura de relleno
equivalente. Ver Anexo 1, cuadro A.1 del Manual H-8 “Alcantarillas”
40
Ubicación con respecto a B: 1.35 - 0.29 = 1.06 m.
4. Empuje del terreno; ET
Consideramos una carga adicional equivalente al peso de un lado de las
llantas posteriores del vehículo: 4 TN, puesto que el peso específico del
terreno es de 1,600 Kg/m2.
La altura adicional será: 4.000 = 2.5 m.
1,600
41
Ubicación del empuje:
,
-
Cálculo de los Momentos:
: 2,44:3 x 1.03 = 2,516 kg - m.
Momento de volteo
Momento estabilizante : 4,410 x 0.603 + 3,848 x 1.06 = 6,738 Kg - m.
Coeficiente de seguridad al volteo.
: 6.738 = 2.7 > 2.0
2,516
por lo cual el cuerpo del muro es estable al volteo.
-
Estabilidad al deslizamiento:
T = 4,410 + 3,848 = 8,258 Kgs.
Reacci6n total del terreno
Fuerza de fricción
: f = µT =
µ x 8,258
= 0.70 x 8,258
f = 5,780 Kg.
Fuerza total que favorece el deslizamiento : ET =
:f
=
Fuerza que se opone al deslizamiento
Coeficiente de seQuridad al deslizamiento :
Por ser un valor mayor a 2, se considera satisfactorio.
2,444 Kg.
5,780 Kgr.
5.780 = 2.4
2,444
42
5. Reacción Máxima permisible.
Puesto que el cuerpo del muro se apoya sobre el cimiento, cuya capacidad
portante es muy grande, (y no directamente sobre el terreno), este chequeo
NO es necesario.
6. Análisis 2.
Estabilidad del muro completo, incluyendo el cimiento.
- Estabilidad al volteo
Es necesario calcular adicionalmente el peso del cimiento:
- Peso del cimiento: W2 = volumen x peso específico
W2 =
( 1.70 + 1.35 ) 0.60 x 2,100 = 1,920 Kg.
2
43
44
45
46
47
48
Con la capacidad portante máxima admisible del terreno, para verificar la
estabilidad del suelo de cimentación. Para el caso del ejemplo, el suelo de
cimentación se ha puestode roca fracturada, con una capacidad máxima
admisible de 3 kg/cm2, por lo cual el resultado obtenido es satisfactorio.
9. DISEÑO DEFINITIVO
No es necesario efectuar correciones a la geometría escogida; en el diseño
definitivo se deberán agregar otros detalles de tal manera que hagan posibles
las hipótesis de diseño, como aquella que supone que no existe agua en el
terreno, lo cual sólo se cumplirá si se coloca un drenaje satisfactorio.
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50
2. Fuerzas que intervienen
Por ser una estructura monolítica de concreto ciclópeo, sólo se analizará la
estabilidad de toda la estructura, incluyendo el cimiento.
- Peso propio del muro:
Por facilidad, el peso total se ha dividido en 3 partes.
W1 = 0.45 x 1.8 x 2,200 = 1,780 Kg.
- Ubicación: a 0.90 m. del punto B.
W2 = ( 1.20 +0.58 ) 1.60 x 2,200 = 3,130 kg.
2
Realizando los cálculos respectivos, la ubicación es a 0.831 m. del punto B.
51
W3 = 0.58 + 0.30 1.40 x 2,200 = 1,355 kg.
2
Ubicación: a 0.89 m. del punto B.
- Peso del terreno ( incluyendo una sobrecarga equivalente a una altura
adicional del terreno de 2.50 m.).
WT1 = ( 2.50 + 1.40 + 2.50
2
) 0.14
x 1,600 = 717 kg.
Ubicación: a 0.98 m. del punto B.
WT2 = ( 5.50 + 3.9
2
) 0.46
x 1,600 = 3,460 kg.
Ubicación: a 1.28 m. del punto B.
WT3 = ( 5.50 x 0.30
)
x 1,600 = 2,640 kg.
Ubicación: a 1.65 m. del punto B.
- Empuje del terreno :
ET = cW x 3.45 (2 x 5.95 - 3.45 )
2
ET = 0.172 x 1,600 x 3.45
2
ET = 4,000 kgr.
(2 x 5.95 - 3.45 )
Ubicación: a 1.49 m. de altura con respecto al punto b.
3. Estabilidad del Muro al Volteo
- Momento de Volteo
: 4, 00 X 1.49 : 5,960 Kg – m
- Momento Estabilizante : 1780 x 0.90 + 3,130 x 0.83 + 1,355 x 0.89
+717 x 0.98 + 3,460 x 1.28 + 2,640 x 1.65 = 14,890 kg – m
- Coeficiente de seguridad al volteo : 14,890 = 2.50 > 2.0 por lo cual el
5,960
muro es estable al volteo.
52
4. Estabilidad del muro al deslizamiento.
- Reacción total del terreno:
T = 1,780 + 3.130 + ,355 + 717 + 3,460 + 2,640 = 13,082 kg.
Si µ= 0.60, concreto sobre roca suelta, cuadro 2.1, se tiene :
f1 =
µT = 0.60 x 13,082 = 7,850 kg..
- Fuerza a favor del deslizamiento:
ET = 4,000 kg.
- Fuerza que se opone al deslizamiento:
7,850 kg.
- Coeficiente de seguridad al deslizamiento = 7,850 = 1.96 ≈ 2.0
2
qué por ser muy cercano a 2.0 se considera satisfactorio.
5. Estabilidad del terreno de cimentación.
- Momento de las fuerzas actuantes con respecto al centro del cimiento: (El
centro del cimiento se ubica a 0.90 del punto B).
M (+) = 4,000 x 1.49 (+) 1,780 x 0 + 3,130 x 0.07 + 1,355 x 0.01
(-) 717 x 0.08 (-) 3,460 x 0.38 (-) 2,640 x 0.75 =
= (+) 2,840 Kg-m.
- Excentricidad :
e =
M = 2,840 = 0.22 m.
T
13,082
- σ1 (min) = 13,082
1.80
- σ1 (max) = 13,082
1.80
(1-
6 x 0.22
1.8
) = 1,938 kg/m < > 0.19 kg/cm
2
2
( 1 + 6 x 0.22 )= 12,597 kg/m < > 1.26 kg/cm
2
1.8
Puesto que σ admisible = 3.0 kg/cm2, el diseño se considera satisfactorio.
6. Diseño definitivo
No es necesario modificar ninguna de las dimensiones previamente
establecidas.
2
53
54
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77
3.4. ASENTADO DE LADRILLOS
El ancho de las juntas varía de 1 a 2 cm. Este se controla mediante cordel (las
horizontales) y mediante "escantil1ón" (las verticales).
Para asentar ladrillos se usa mortero de cemento (cemento y arena gruesa) en
proporciones que varían de 1:5 á 1:8.
El mortero se prepara en bateas de madera; primer se mezcla la arena, con el
cemento y luego se va agregando agua, mientras se bate la mezcla hasta lograr
una pasta uniforme, no muy seca ni muy plástica.
Fig. 3.4 Batea para preparar el mortero de cemento para asentar ladrillos
Para asentar los ladrillos previamente se los humedece. El ladrillo de arcilla
absorbe mucha cantidad de agua, por lo tanto se deberá. disponer de una buena
cantidad de ella para tal efecto.
La primera hilada se coloca normalmente encima del sobrecimiento para lo cual
se ubican a plomada los ladrillos inicial y final del muro y luego se tiende un
cordel entre ellos, que dará el alineamiento y altura de los subsiguientes ladrillos
intermedios.
El mortero se coloca en una sola capa y luego se procede a colocar encima los
ladrillos (alineados con el cordel), presionándolos o golpeándolos ligeramente
para que se coloquen en su lugar.
__________________________________________________________________________________________
(1) Ver capítulo 5.4 del Manual I-1, “Nivelaciones y Alineamientos".
78
Las juntas verticales se llenan con mortero, utilizando para tal efecto el badilejo
y una pequeña tabla que sirve a la vez como "escantillón".
Luego se repite la operación hilada por hilada; las rebabas se limpian
posteriormente. El curado del mortero se efectúa mojando frecuentemente la
pared, ya sea con manguera o baldes.
79
IV. MUROS DE ADOBES
4. I
DIMENSIONES DE LOS ADOBES
El dimensionamiento de los adobes es muy importante para lograr una buena
obra. Una altura muy conveniente puede considerarse 10 cm.
La relaci6n mínima de longitud (a) del adobe, con respecto a la altura (h) debe
ser 4, o sea a/h = 4 mínimo.
La relación más conveniente para efectos de trabas de muros es la relación
a/b=2; sin embargo esta misma relación puede motivar longitudes excesivas para
el valor de “a”, puesto que el valor de "b" está determinado por la altura del
muro a construir (1).
Si consideramos que la altura normal de un muro de adobe en Cajamarca es de
2.40 m., entonces el ancho mínimo del adobe será:
__________________________________________________________________________________________
(1)
El Reglamento Nacional de Construcciones indica que el ancho mínimo del muro de adobe. debe ser 1/8 de la altura del muro o
1/12 de la distancia entre elementos de arriostre vertical.
80
2.40 = 0.30 m, lo cual significa una longitud de 0.60 m.
8
4.2 ASENTADO DE LOS ADOBES EN MUROS
Los muros de adobes se levantan sobre los cimientos previamente construidos,
de acuerdo lo visto en el capítulo V acápite 5.4, del Manual I-1.
El elemento ligante que se usa es el barro con paja, de similar elaboración a la
que se hace para, la construcción, misma del adobe (1).
Sobre el cimiento se coloca una capa de barro de 2cm. de espesor
aproximadamente, y luego se coloca encima el adobe, dejándolo caer de una
altura de 0.60 cm. aproximadamente. El golpe permite un buen acomodo del
adobe con respecto al ligante, pero puede quedar desfasado de la vertical. El
acomodo final del adobe se efectúa comunicándole movimientos rotatorios
pequeños con ambas manos y desplazándolo hacia su ubicación final, sin
levantarlo del ligante.
Terminada de colocar la hilada de adobes, se procede a llenar con barro las
juntas verticales (no se presta especial atención a esta acción), y se repite el
procedimiento. Se pone especial cuidado en que las juntas verticales de una
hilada, no coincidan con las juntas de la siguiente.
El control de la verticalidad del muro, se hace con plomada colocada en una sola
cara del muro y en los adobes inicial y final de un tramo.
El resto de adobes se alinean mediante un cordel tensado entre los adobes inicial
y final (Ver Fig. 4.2).
______________________________________________________________
(1) Revisar Manual I-1, Capítulo VIII, acápite 8.3, sobre fabricación de adobes; en re1ación a la calidad del material para la fabricación
de adobes, revisar el Manual I-2, Cáp. II, acápite 2.5.
81
4.3
FORMAS DE ASENTAR HILADAS
INTERSECCIONES Y ESQUINAS
DE
ADOBE
EN
LAS
En la construcción de muros de adobe, se pone especial interés en las esquinas,
en las uniones con otros muros y en los vanos de puertas y ventanas.
Se trata de darle la mayor estabilidad posible, sobre todo para que pueda
soportar cargas horizontales generadas por movimientos sísmicos, y ello se
consigue trabando los muros (además de dar seguridad a los " mismos con otros
medios como los arriostres que se verán en 4.4).
82
83
84
85
86
4.4 ARRIOSTRES EN MUROS DE ADOBES
A. GENERALIDADES
Un muro de adobe presenta debilidad para soportar cargas horizontales
(perpendiculares al muro (proveniente del viento o sismo); por tal motivo es
conveniente arriostrar el muro, mediante algún sistema adecuado.
Uno de los sistemas más simples para arriostrar un muro consiste en construir
muros de arriostre perpendiculares.
El valor de "L" depende de la altura "h" del muro, recomendándose
L = 3 h ; como mínimo.
4
Espaciamiento máximo debe ser S = 12 e ; e = espesor del muro
Si e = 0.30 ===> S = 3.60 mts.
Otra posibilidad de arriostrar un muro consiste en adicionarle refuerzos de
carrizo. Esta tecnología, sin embargo, requiere de elementos que no resultan
prácticos, ni siempre disponibles en la zona rural .
87
de la sierra.
Una posibilidad más adecuada para la zona rural, consiste en aumentar el ancho
de los muros con la finalidad de lograr mayor estabilidad.
Cuando se requiere usar mojinetes para apoyos de techos a dos aguas, es
recomendable limitar la altura de los muros laterales a 2.30 m. como máximo.
B. FUERZAS Y CARGAS QUE INTERVIENEN
Además de las cargas verticales representadas por el peso propio del muro y
el peso del techo que debe soportar, pueden presentarse fuerzas horizontales
normales a la cara del muro como consecuencia de un sismo.
La acelaración que produce un sismo en el terreno de cimentación genera
fuerzas horizontales, calculables en función del valor de dicha aceleración:
donde:
F = fuerza
m = masa
a = ace1eración
F =
m. a
88
La masa se debe tanto al techo como al peso propio del muro, y las fuerzas
horizontales actuantes pueden representarse como una carga concentrada en
la arista superior del muro debido a la masa del techo (p) y otra carga
horizontal uniformemente repartida, debido a la masa del muro (w).
Las fuerzas verticales que representan el peso propio del muro y del techo, se
encargan de mantener el equilibrio.
El valor de la aceleración que genera el sismo suele referirse en porcentaje
del valor de 1a aceleración de la gravedad, y por lo tanto el valor de las
cargas horizontales puede calcularse como una fracción de sus respectivos
pesos verticales:
P = (peso del techo ) x C, Kg.
W = (peso del muro ) x C, kg/ml
En donde (C) es un coeficiente que depende de la sismicidad del lugar. Para el
caso de Cajamarca puede considerarse C = 0.20
Por ejemplo, si se tiene un muro de 0.30 m. de espesor y 2.5 m. de altura, que
soporta 300 kg/ml de techo, tendremos que:
p = 300 x 0.2 = 60 Kg.
w = (0.3 x 1 x 1 x 1600) 0.2 = 96 Kg/ml.
Siguiendo el ejemplo, tales fuerzas horizontales producen un momento de volteo
en la base del muro:
Mx : P x h + wh x
h = 60 x 2.5 + 96 ( 2.5 )2 = 450 kg - m
2
2
89
Este momento de volteo debe ser equilibrada por un momento estabilizante
debido a las cargas verticales; de lo contrario se producirá el vuelco. El
momento estabilizante será:
Me = (peso del muro + peso del techo) x brazo de palanca
Me =(2.5 x 0.3 x 1 x 1600 + 300) x 0.15 = 225 Kg-m.
Comparando ambos valores, se concluye que el muro no soporta el sismo y cae,
a menos que se agreguen elementos estabilizantes o de arriostre o se ensanche el
espesor del muro o se adapte una combinaci6n de ambos criterios.
C. PROCEDIMIENTO DE DISEÑO
c.1 Escoger el dimensionamiento previo, generalmente un espesor igual a 1/8
de la altura del muro, como mínimo.
c.2 Calcular los pesos propios por metro lineal de muro, de techo y de
cimiento, y comprobar la presión resultante sobre el suelo de cimentación,
que deberá ser igual o menor que la capacidad portante del suelo; en caso
de ser mayor, se deberá aumentar el ancho del cimiento.
c.3 Comprobar la presión máxima en la base del muro, transmitida al cimiento,
considerando el peso propio del muro más el del techo en re1ación al área
de 1 m. lineal de cimiento.
Este valor debe compararse con el esfuerzo de trabajo máximo permisible a
la compresión del adobe ( 1.51 Kg/cm2).
C.4 Calcular el valor de las fuerzas horizontales producidas por sismo (c= 0.20)
y chequear la estabilidad del muro al volteo; en caso que el momento de
volteo sea superior al resistente, deberán diseñarse elementos de arriostre o
ensanchar el espesor del muro o disminuir su altura, o una combinación de
estos criterios.
c5. Chequear el cortante actuante en comparación con el cortante unitario
resistente. Si este último es menor que el actuante, el muro no es estable y
puede fallar por deslizamiento, debiéndose dimensionar los elementos, ya
sea aumentando el ancho del muro, disminuyendo su altura o aumentando
el arriostre.
90
El cortante resistente se calcula según:
R
β =
= 0.054
√
f `c + 0.03 β en donde
Σ fuerzas verticales
.
Area total de sustentación
D. EJEMPLO DE APLICACION,
Diseñar un muro de adobe de 2.5 m. de altura que soportará una carga del
techo de 300 Kg/ml.
d.1. Dimensiones previas, e = h = 0.3 m.; usaremos e = 0.40 m.
8
: 0.40 x 2.5 x 1 x 1600 = 1600 Kg/ml.
- Peso propio
: 300 Kg/ml
- Peso del techo
- Peso del cimiento : 0.40 x 0.50 x 1 x 1800 = 360 Kg/ml.
(barro con piedras grandes)
- Peso transmitido al suelo de cimentaci6n: 2,260 Kg/ml
d.2 Reacción del suelo de cimentación,
σ
= 2260
= 0.57 K/cm2
100 x 40
Asumiendo que la capacidad portante del suelo sea 1 K/cm2. el ancho
relacionado es adecuado.
d.3 Presión máxima en la base del muro:
1600 + 300 = 0.48 K/cm2
40 x 100
que es menor que 1.5 K/cm2 de esfuerzo máximo permisible
d.4 . Fuerzas horizontales producidas por sismo: (c = 0.2)
91
92
93
V. MUROS DE TAPIAL
En Cajamarca, como en muchos lugares del país, donde el avance tecnológico
tarda mucho en llegar y sobre todo, donde las posibilidades económicas de la
población difícilmente permiten satisfacer sus necesidades básicas, el problema
de la vivienda tiene que resolverse de alguna manera.
Para un poblador urbano, la idea de habitar viviendas construidas con materiales
no nobles de arquitectura elemental y mediante la auto construcción puede
resultar chocante; no así para la mayor parte de la población rural que debe
recurrir al uso de estos materiales, como una alternativa válida para hacerse de
un lugar para vivir.
Uno de los sistemas elementales y muy utilizados en la construcci6n, sobre todo
en la zona rural de Cajamarca, es el tapial.
5.1 DESCRIPCION Y PROCEDIMIENTO
El tapial consiste en moldear in situ tierra húmeda mezclada con paja,
golpeándola con un mazo dentro de un encofrado de madera, para lo cual se usa
el siguiente procedimiento:
94
1) El .trabajo se inicia con la construcción, de los cimientos, excavando una
zanja cuyo ancho coincide con el ancho del muro de tapial (0.40 á 0.60 ) y
cuya profundidad es similar a su ancho.
En la zanja excavada se hace un relleno de piedras y barro con paja; las
piedras se, acomodan a mano usando, en lo posible, piedras grandes.
El cimiento se levanta unos. 0.20 m. encima del terreno natural (es decir de la
superficie superior del cimiento) a modo de sobrecimiento, cuidando que las
piedras utilizadas, se acomoden delineando bien las dos superficies laterales
del muro.
2) El encofrado que se usa para la construcción del tapial tiene los elemento
mostrados en la figura Nº 5.3.
la madera de todos estos elementos es de eucalipto.
3) El encofrado se inicia excavando pequeñas zanjas en el sobrecimiento, para
colocar las viguillas, de tal manera que su cara superior quede 0.05 m. por
debajo de la superficie libre del sobrecimiento.
La viguillas se colocan y nivelan usando cordel y nivel de carpintero (Fig. Nº
5.4).
Luego se colocan las tablas laterales, simplemente apoyadas en las viguillas
y en los castillos; estos se colocan a modo de cuñas en las viguillas. Para
aplomar
y evitar que las tablas
caigan al centro, se colocan
los escantillones, los mismos que
tendrán la
longi-
95
96
tud del ancho del muro. La verticalidad de las tablas se comprueba usando la
plomada. En la parte superior se fijan los castillos con soguilla, cabuya o
cuerdas de cuero y el encofrado queda listo para iniciar el llenado del molde.
Cabe indicar que el molde no necesita tapas laterales cuando se trata del
primer tramo, ya que la tierra adopta taludes inclinados en ambos extremos,
los cuales se rellenan al empalmar con el tramo siguiente.
4) La tierra que se usa para tapial generalmente se obtiene del mismo lugar, se
tritura finamente y se le agrega agua para humedecerla, pero sin que se forme
lodo. La tierra con bajo contenido de humedad es mezclada con paja (ichu),
cortada en fibras de 5 cm. de longitud; el mezclado se hace a mano, con
palana, y luego se acarrea en costales y dep6sitos para vaciar en el molde, el
cual se va rellenando por capas.
La tierra es golpeada con un mazo de madera, llamado Mazo para tapial, de
las características mostradas en la Fig. 5.5
El golpeado se realiza utilizando el mazo de madera en forma similar a la
utilización del pico, es decir, levantándolo por el mango con ambas manos y
dejándolo caer hacia el suelo. Para compactar las partes cercanas a las tablas
se utiliza el mazo verticalmente, razón por la cual en estas partes no se logra
una compactación tan buena como en el centro.
97
El proceso continúa hasta que todo el molde se haya llenado y compactado,
mostrando al final una superficie combada. Si se apoya la segunda hilada,
directamente sobre la primera, entonces el apoyo que se obtiene no es muy
bueno, por cuanto la junta se comportaría como una bisagra. Para resolver
este inconveniente se colocan piedras que trabajen como cuñas en las zonas
mal compactadas
Con este sistema se consigue buena estabilidad siempre y cuando la
tecnología de la construcción sea bien ejecutada y sobre todo, se compacte
por capas hasta alcanzar un grado conveniente.
Cuando el tapial se construye en el extremo del muro, entonces se utiliza una
tapa de madera, llamada frontera, en uno de los extremos del molde para
lograr un mejor acabad (Figura 5.3)
98
Se debe tener mucho cuidado en los empalmes de muros con tapial, los que
deben hacerse de tal manera de lograr el mayor arriostre posible.
5.2 DISEÑO DE MUROS CON TAPIAL
El diseño de muros con tapial es similar al diseño de muros de adobe,
debiendo tener en cuenta las cargas verticales que actúan en el muro; es decir
su peso propio y el peso del techo, así como las cargas horizontales que se
generan como consecuencia del sismo.
A. EJEMPLO DE APLICACACION
Diseñar un muro con tapial que tiene 3 mt. de altura y que va a soportar una
carga de techo de 300 Kg/mt
a.1. Dimensionamiento previo : Escogemos un ancho de tapial de:
h/8 = 3.00 = 0.375 ≅ 0.40 m.
B
a.2. Cargas verticales:
- Peso propio por metro lineal de muro :
0.40 x 3.00 x 1,600 = 1,920 Kg/ml
- Peso de cimentación:
. Dimensionamiento previo considerando un ancho de cimiento similar
al ancho del muro y una profundidad de 0.40
. Peso del cimiento por m. l. = 0.40 x 0.40 x 1,800 = 288 kg/ m.l.
- Peso del techo =
=
- Peso propio
- Peso cimentación =
TOTAL
300
1,920
288
2,508 Kg/m.l.
- Reacción del terreno :
σT =
2,508 = 0.627 kg/ cm2
100 x 40
Este valor debe compararse con el valor de la capacidad portante del
suelo. En caso de ser mayor, se deberá aumentar el ancho del cimiento
para disminuir su valor.
99
- Peso transmitido al cimiento: (Presión Máxima sobre la base del muro)
. Peso del techo (T) =
300
. Peso propio (W) = 1920
TOTAL
2,220
= 0.555 Kg/cm
Esfuerzo Máximo sobre el Muro = 2,220
100 x 40
Este valor debe compararse con el esfuerzo de trabajo a la compresión
(1.51 Kg/cm2), cumpliendo satisfactoriamente.
a.3. Cargas Horizontales:
Consideremos un coeficiente de 0.20 por sismo
F = 300 x 0.20 = 60 Kg.
W = 0.40 x 1 x 1 x 1,600 x 0.20 = 128 Kg/m.l
100
Comparando ambos momentos, el muro resulta inestable (444<756).
Se deberán usar elementos de arriostre (muros perpendiculares), para
observar los momentos de desequilibrio.
a. 5. Diseño de Muros de Arriostre
Para los efectos del ejemplo supondremos que a una pared de 4 m. de
largo la vamos a arriostrar con un muro de 2.00 x 0.40 x 3.00, cuyo peso
es = 3,840 Kg.
- Cargas horizontales totales.
Por techo, F = 60 x 4 = 240 Kg.
Peso total del muro más arriostre = 1,920 x 4 + 3,840 =: 11,520 Kg.
Peso por unidad de altura: 11,520 = 3,840
3
Carga horizontal uniformente repartida = 3,840 x 0.2 = 768 Kg/m.
- Momento total de_volteo:
768 x 32
Mv = 240 x 3 + ---------2
= 4,176 Kg - m.
- Momento total estabilizante. Debido al muro mismo y arriostre.
ME = 1,920 x 4 x 0.4 + 3,8 40 x 1.4 = 6,19:l Kg - m.
0.2
Comparando este valor con el valor del Momento de volteo actuante, se
encuentra que el momento estabilizante es mayor y por tanto cumple bien
el requisito de estabilidad ( Me / Mv = 1.66 )
101
102
VI. TABIQUES DE QUINCHA
6.1.
DESCRIPCION
La Quincha es un elemento de construcción muy apropiado para interiores,
como separador de ambientes.
La Quincha está constituida por una armazón de madera, generalmente cortada
y labrada para lograr un mejor acabado, pero que puede ser al natural (sección
circular). La armazón simula muros de madera en los cuales se clavan o amarran
los carrizos o tiras de magueyes, formando una superficie suficientemente densa
como para soportar el tarrajeo de barro y paja con que se se cubre a
continuación.
103
6.2 TIPOS DE QUINCHA
En algunos casos la quincha es tarrajeada por ambas caras; una de ellas
presenta una superficie bastante lisa, la otra muestra la armazón puesto que el
tarrajeo se apoya en el mismo carrizo
También se construyen quinchas con ambas superficie tarrajeadas y rasas, para
lo cual es necesario colocar dos superficies de carrizos, tal como se muestra en
la Fig. Nº 6.3.
En estas condiciones la quincha tiene poco peso. Incluye una zona vacía en su
interior por lo cual se comparte como aislante térmico y acústico, presentando
buen aspecto por ambas caras.
El acabado exterior de una quincha es una superficie lisa; pero no lo suficiente
como la que se logra en muros de adobes. Una quincha produce un acabado
relativamente rústico, que está de acuerdo a los materiales utilizados.
También se pueden construir quinchas usando elementos de soporte horizontales
con arriostres verticales; en este caso, el peso de la quincha se transmite a las
paredes laterales. En Cajamarca esta variedad
104
no es muy usada. Tampoco se usa el carrizo chancado, como ocurre en la Costa
peruana.
Una alternatuiva interesante que suele usarse en la fabricación de quinchas la
constituye el carrizo trenzado, modalidad en la cual se disponen los elementos
de soporte en forma vertical (troncos de ∅ = 4”) y los elementos de arriostre en
forma horizontal, debidamente espaciados y de pequeño ancho; en estos
elementos se “trenza” el carrizo de la manera mostrada en la Fig. Nº 6.4
105
La ventaja de este sistema es que el fijado del carrizo no requiere de clavos,
soguilla ni cabuya, excepto en los extremos donde es necesario fijarlos para
lograr mayor seguridad.
Esta quincha se tarrajea por ambos lados, hasta quedar enrasada con los
elementos verticales (los que quedan vistos). La cantidad de material que
interviene para el revestimiento es bastante grande en comparación con el
tarrajeo de la quincha normal y por lo tanto su peso propio es mayor.
La quincha se uti1iza para interiores de casas con muros de barro, sin embargo,
también se construyen casas aisladas exteriormente de quincha.
En este caso, es necesario construir una armazón de rnadera que representa la
estructura de la vivienda y luego ir fabricando la quincha en cada pared. En la
armazón de madera, se dejan los vanos necesarios para las puertas y ventanas
(cuando las hay) y se incluyen elementos de arriostre inclinados, formando
ángulos de 45º para darle estabilidad y seguridad, frente a solicitaciones
laterales.
Una quincha generalmente no requiere cimientos, bastando clavar los soportes
verticales directamente en el suelo; sin embargo es necesario proteger a la
madera qua se enuentra en contacto directo con el suelo, del ataque de
microorganismos, lo que se puede conseguir impregnándola con aceite quemado
de automóvil u otros productos, o también haciendo un hueco más grande y
llenándolo de concreto después de colocar el elemento vertical.
Cuando se construye una casa aislada íntegramente de quincha, tampoco se
hacen cimiento, fijandose simplemente los elementos verticales, pero se protege
debidamente a la quincha de la humedad, mediante aleros de techo mayores a
0.80 m., veredas perimetrales de tierras a nivel más elevados y acequias de
drenaje de agua de lluvia.
Las edificaciones de quincha, genera1mente, tienen poca altura y techo liviano
de pencas, de paja, de tejas o eternit.
106
VII. MUROS DE CANTERIA
7.1. DESCRIPCION
La cantería, ó más propiamente la tráquita, es un recurso muy importante y
valioso que existe en Cajamarca.
La cantería ha sido usada como elemento de construcción desde el tiempo de los
Incas, tal corno se puede apreciar en e1 Cuarto del Rescate..
Durante la Colonia se utilizó 1a cantería como elemento estructural y con ella se
han levantado monumentos arquitectónicos dignos de admiración, tales como el
fabuloso conjunto monumental de Belén, el Convento de la Recoleta. las iglesias
Catedral y San Francisco entre otros; támbién se construyeron las portadas de las
casonas coloniales y sus arquerías. En los comienzos de la época republicana se
continuó utilizando la cantería, sobre todo en las portadas de las casonas y en
algunos elementos tales como arcos, escaleras, etc.
En estas edificaciones los muros, columnas y otros elementos estructurales
tienen espesores considerables, comparados con las dimensiones de las actuales
estructuras de concreto armado; la cantería se cortaba en mampuestos bastantes
regulares y en muchos casos, hasta labrados en estilo barroco y se acomodaban a
mano, usando cal y arena como mortero ligante. Debido a las grandes
dimensiones de los elementos era usual colocar la cantería en las partes externas
y vistas del elemento, rellenando el interior con barro y piedra o pedazo de
cantería.
Para elementos totales como columnas, el interior se llenaba con cal y canto,
esto es con cantos o piedras y mortero de cal y arena.
La tecnología constructiva de los monumentos arquitectónicos de Cajamarca
estaba de acuerdo a la época y cumplía con el elemental requisito de estar al
alcance de la gente de entonces usando los recursos existentes, es decir, se
empleó una técnología adecuada. Los diseños arquitectónicos igualmente eran
apropiados al material y a la tecnología que se usaba.
En la actualidad el uso de la cantería como elemento de construcción es
prácticamente nulo; ello se debe a la aparición alternativa de otros
materiales, tales como el ladrillo y el cemento que en un momento
determinado resultaron más económicos y por tanto más convenientes; sin
embargo debido al alza de costos del petróleo, insumo necesario
107
para la fabricación de ladrillos de arcilla cocida y de cemento, los costos de
dichos producto superan las posibilidades económicas de la mayoría de las
familias campesinas, por lo cual es posible pensar en volver a utilizar la cantería
como elemento de construcción, utilizando además los avances tecno1ógicos
que la ciencia ha puesto a nuestro alcance para optimizar los resultados.
Un problema fundamental que se debe resolver es el “cortado” de la cantería,
el cual se debe practicar industrialmente y utilizando energía no proveniente del
petróleo sino del agua, viento, etc., puesto que el "tallado" a mano resulta muy
caro y no permite una estandarizción del material. En la actualidad el SESA ha
planteado un proyecto para la instalación de una cortadora de cantería en el
parque del Cumbe Mayo, utilizando la energía mecánica de una caída de agua;
el proyecto se encuentra en la fase de formulación.
Resuelto el problema del cortado de cantería, ella se puede utilizar en reemplazo
del ladrillo como elemento estructural (muro oortante) o como elemento
secundario, debiendo resolverse bien el problema estructural para lo cual se
pondrá seguir utilizando el concreto armado; también puede utilizarse la
cantería para pisos de algunos ambientes (en cuyo caso el cortado supone un
espesor reducido) y, sobretodo, se puede utilizar la cantería para enchape de
muros de fachadas, que darían a las casas un aspecto muy agradable. Estos
posibles usos de la cantería no eliminan por cierto su uso como elemento
fundamental en portadas, en arquería, en escaleras y en otros elementos
comunes en la arquitectura antigua.
108
VIII. COBERTURAS O TECHOS
8.1 TIPOS
En 1a zona
A.
B.
C.
D.
de Cajamarca, se utilizan techos de los tipos:
de pencas
de paja
de tejas
de calamina.
A. TECHOS DE PENCAS
Son los más rústicos y elementales. Se usan generalmente en edificaciones
temporales o de poco uso diario, aunque a veces se emplean para las
pequeñas viviendas definitivas de la gente de menos recursos.
Las pencas se soportan en una armazon de mangueyes, carrizo o varillas de
madera que se apoyan directamente en los muros de la edificación o en
pilares de madera. Generalmente son de techos a una o dos aguas.
109
B. TECHOS DE PAJA
Los techos de paja necesitan una estructura de soporte un poco más elaborada
que los techos de pencas; así como una buena técnica de colocación de la
paja.
La característica fundamental de un techo de paja es que debe tener una gran
pendiente, mayor que 45º para que el agua escurra rápidamente y no se
quede atrapada entre la paja, evitando así su pudrición y poca duración .
Los techos de paja pueden adoptar la forma de un cono para viviendas de
planta circular), a un agua, dos agua o 4 aguas.
La estructura de soporte puede ser de maguey, carrizo o madera, amarrando los
elementos de soporte con cabuya ( fibra de la penca).
Se debe tener cuidado que la estructura de soporte no transmita fuerzas
horizontales a los muros, para lo cual se deben tener los elementos de arriostre
necesario.
110
Las estructuras de soporte más comunes se muestran en las figuras 8.4, 8.5, 8.6
y 8.7.
En la estructura de soporte (canes) se suelen colocar carrizos. maquey cortado,
varillas de madera u otro elemento en forma transversal. Estos elementos
conforman la PALIZADA, y se sujetan a la estructura de soporte mediante
cabuya, soga de paja, o alambre de construcción. zunchos y clavos. El
espaciamiento entre estas varillas es de 10 cm. aproximadamente, y sobre ellos
se coloca la paja en capas, tal como se muestra en la figura; la paja comienza a
colocarse de abajo hacia arriba y va arriostrándose mediante carrizo, colocando
encima de la paja y amarrado a la palizada (Fig. Nª 8.8).
Un techo de paja tiene una duraci6n de 5 a 10 años. Se conserva mejor si tiene
más pendiente. Cuando se rompe el techo se suele utilizar la paja interior
(excepto que se encuentre en muy mal estado) y se agrega otra capa de paja
encima.
La paja que se usa para techos, generalmente es ichu.
Un factor negativo en los techos de paja es su facilidad de combustión,
presentando un riesgo muy grande de incendio. No se debe usar techos de paja
en zonas boscosas o para construcciones muy cercanas,
111
puesto que el fuego causa muchos perjuicios. Si la edificaci6n es independiente,
se puede usar este tipo de cobertura.
C. TECHOS DE TEJAS
a. Generalidades.
La estructura de soporte de un techo de tejas es más resistente y mejor
construido que para los casos anteriores; se usa madera rolliza (troncos) de
eucalipto u otra madera de la zona.
La pendiente que debe tener un techo de teja es también grande, aunque
menor a la requerida para techos de paja; varía entre el 20 % al 40 %. No se
debe exagerar demasiado en la pendiente del techo de tejas, puesto Que
genera la inestabilidad de los mismos por deslizamiento. Los techos de tejas
pueden tener la forma de un cono (caso especial), a un agua, a dos aguas o a
cuatro aguas, y techos complejos.
Según la forma del techo varía la estructura de soporte, pero en todo cabo se
debe evitar la transmisión de fuerzas laterales a los muros. Es usual emplear
clavos o pernos para la unión de las maderas, sobre todo aque1os que son de
la estructura principal de so-
112
113
114
115
116
porte y el trabajo de la madera misma requiere detalles especiales de
carpintería (1)
b. Colocación de las tejas.
Existen dos alternativas para colocar las tejas:
1) En la estructura principal de apoyo se teje una trama de varillas de
magueyes y carrizos amarrados con cabuya, tal como se aprecia en la
figura Nª 8.9
Sobre el carrizo se colocan las tejas, usando como 1igante una torta de
barro y paja, colocadas sólo bajo las tejas que forman los canales.
En la colocación de las tejas se usa cordel para determinar el
alineamiento de las hileras en el sentido de los canales y en sentido
perpendicular, para marcar el inicio de la teja. En caso de usar tejas
rotas debe respetarse el alineamiento de canaletas aunque en el sentido
transversal no haya coincidencia de línea.
_______________________________________________________________________________
( 1) Ver algunos detalles de uniones, en el Capítulo 8.2 del presente manual.
117
Las tejas interiores que formen loas canales (concavas), se comienzan a
colocar de abajo hacia arriba y de un extremo a otro, controlando el
alineamiento; luego se van colocando las superiores o convexas.
2) En la estructura de soporte principal, se colocan varillas de madera
espaciadas justo para apoyar a las tejas en dos puntos.
En este caso la pendiente del techo suele ser menor que en el caso
anterior por cuanto el riesgo de deslizamiento de tejas es mayor. Este
sistema requiere de tejas enteras, y es muy importante el alineamiento,
tanto de los canales como de las tejas iniciales.
118
El sistema de colocación de tejas es similar al caso anterior, y el traslape
entre ellas debe ser 5 cm. como mínimo.
Con 1a finalidad de mejorar las condiciones de apoyo de las tejas, se las
puede amarrar con alambre. Para esto se hace una perforación a cada una,
en el extremo que quedará cubierto
La perforación se hace
mediante un clavo con
movimientos rotatorios
( no por impacto)
Por dicha perforación se pasa un alambre, el cual se arriostra a la estructura
de madera o a un clavo expresamente colocado en la madera para tal
propósito. Este sistema es más caro pero da mejores resultados.
c. Diversas coberturas con tejas
Las tejas constituyen un elemento muy agradable en la cobertura de
edificaciones y se presta para lograr efectos arquitectónico de primera calidad
y diversas posibilidades, tales como las siguientes:
119
120
Las “colas de pato” deben trazar en planta, a un angulo de 45º .
Se deben tener en cuenta dos aspectos muy importante al diseñar un techo:
121
- Que el techo deberá tener aleros en todo su perímetro. El alero tendrá un ancho
de 0.80 a 1.20 m. en proyección horizontal.
- Que el nivel de los muros, en los cuales se apoyará el techo deberá ser
uniforme; es decir, el extremo final del muro debe estar nivelado y determinar
un solo plano horizontal.
Cuando el nivel de los muros no coincida, el techo deberá sufrir las variaciones
necesarias, a fin que 1a cobertura diseñada sea compatible con el caso real y
que se pueda construir (muchas cosas se pueden dibujar, pero no se pueden
construir por no ser compatible).
Al diseñar un sistema de techos, generalmente el diseñador elige libremente la
pendiente de un techo, y la pendiente de los techos restantes resultan como
consecuencia de la pendiente elegida; se deberá tener en cuenta un control
minucioso de los niveles del techo.
.
122
123
124
125
luego la pendiente del techo posterior es de 45 %.
De igual manera se pueden calcular las pendientes de las colas de pato,
suponiendo que las tres tuvieron la misma pendiente:
S1 = 0.90
3
=
0.3 ó 30 %
- Caso Nº 2
Cumbreras a diferente nivel y muros a nivel
Se pueden diseñar techos donde las alturas de las cumbreras no coincidan, pero
en este caso se tendrá cuidado en mostrar la intersección de los mismos. Las
lima-hoyas no resultarán a 45º (fig. 8.22).
- Caso Nº 3
Cumbreras y muros a diferente nivel.
Cuando el nivel de la parte superior de los muros no coincide, entonces deben
tomarse las precauciones necesarias para compatibilizar el diseño con la
realidad.
En este caso, si se mantiene el ancho constante de los aleros, entonces los
planos de los techos no se intersectan en una línea (lima hoya) si no que
quedan aberturas laterales, que se deben tener en cuenta. (Ejemplo - fig.
8.23).
Al efectuar el diseño del techo, será necesario tener en cuenta que los techos
no se intersectan de la manera normal, debiendo por tanto diseñar una
intersección de tal manera que el techo superior se traslape con el inferior y se
evite que el agua de lluvia deteriore los muros o ingrese al interior.
Los desniveles de los muros no deben salvarse colocando cumbreras inclinadas
o aleros inclinados; es preferible siempre que los bordes de los aleros estén en
un plano horizontal y que las cumbreras sean igual mente horizontales.
.
126
D. TECHOS DE CALAMINAS
Los techoss de calamina son techos de peso liviano. Utilizan corno elemento
impermeable una lámina de calamina corrugada, que puede ser de metal o de
asbesto-cemento.
Las calaminas metálicas tienen el inconveniente de captar excesivamente el
calor del sol, produciendo ambientes muy calurosos durante la insolación
solar pero muy frías durante las noches, puesto que se comportan como
transmisores del calor interior hacia el exterior. Este problema se resuelve
utilizando TERRRADOS.
El aspecto estético de las calaminas metálicas no es agradable, por su
identificaciÓn con campamentos mineros o provisionales.
127
El viento tiende a levantarla cuando son muy delgadas; la lluvia genera mucho
ruido cuando las golpea; el sol ocasiona crujidos por sus dilaciones, etc.
Como ventaja podemos mencionar su resistencia y durabilidad, sobre todo
cuando el material base no es muy delgado.
Las calaminas de asbesto-cemento pueden ser de tipo sábana (de diseño similar
a las metálicas) o tipo teja, simulando el aspecto de un tejado.
La experiencia que se tiene en Cajamarca del comportamiento de las Calaminas
de asbesto-cemento es la siguiente:
a. Calamina tipo teja
Tiene buena resistencia, buena duración, y es de fácil colocación. Tiene el
inconveniente de producir goteras en cada clavo de sujeción, el cual no puede
aprisionar demasiado a la zona de aislamiento por temor de romper la
calamina, cosa que ocurre si se presiona demasiado.
b. Calamina tipo sábana roja
Se deteriora en el transporte, se quiebra transversalmente con mucha
facilidad, y no soporta el intempeismo.
c. Calamina tipo sábana gris
Cambia de dimensiones cuando se moja. No soporta el secado violento que
ocurre en Cajamarca (gran insolación, después de una lluvia). Se raja
longitudinalmente en cada clavo que se coloca opara fijarlas, requiriendo el
uso de ganchos para este fín, y una estructura muy estable de soporte.
En general, para Cajamarca no resulta conveniente, salvo que se maneje con
todas las recomendaciones indicadas.
La estructura de soporte de la calamina métalica suele ser simple y débil;
cuando se usa calmaina de absto-cemento, la estructura de soporte debe ser
estable (métalicos por ejemplo).
Como estructura de soporte se han ensayado tablas de madera de
128
eucalipto recián cortado. El diseño es el siguiente:
La calamina se apoya en la viguetas transversales, las mismas que van
clavadas a las viguetas longitudinales y cumplen dos objetivos:
- Transmitir el peso de la calamina, e
- Impedir la deformación de la vigueta longitudinal y, por consiguientes, que
falle por pandeo o deformación.
Debido al poco peso de la estructura y al gran peralte que se obtiene, se
pueden cubrir grandes luces (de 6 m ó más) con deflexiones aceptables. Es
posible empalmar las maderas usando clavos, con un traslape de 0.80 m.
mínimo . El alero del techo debe ser continuo con 1a vigueta longitudinal. En
caso de un techo apoyado en más de dos muros, debe lograrse continuidad en
la vigueta, mediante el empalme de una tabla.
Debido a que la madera que se usa es verde, o sea recien cortada, se debe
esperar deformaciones relativamente grande, por lo que es recomendable
tomar las medidas convenientes. (Fig. Nª 8.25)
8.1 TIJERALES DE MADERA
Se conoce con el nombre de tijerales a los armazones que se hacen con barras,
con la finalidad de formar estructuras estables para soportar techos de luces
grandes (mayores que las que se resuelven con vigas comunes), o para soportar
otro tipo de carga.
La diferencia fundamental entre el tijeral y una viga es que, en el tijeral, las
barras trabajan sometidas a esfuerzos de tracción o de compresión; en cambio
una viga trabaja a la flexión (por supuesto que las barras de un tijeral también
pueden estar sometidas a flexión, pero su significado es menor comparado con
los esfuerzos de tracción o compresión). Para que se cumpla esto, es necesario
que las cargas actuantes se apliquen en los nudos de la estructura; llamándose
nudo a la unión de dos ó más barras.
Un tijeral debe ser más económico que una viga simple para que se justifique;
ello ocurre sólo cuando las luces a cubrir son grandes.
En caso de luces pequeñas (menores de 6 m. ), generalmente resulta más
129
130
económico el uso de vigas más comunes; pero si la luz es mayor, entonces el
tijeral es una buena solución.
Para el caso de Cajamarca, donde por sus características pluviales las
edificaciones requieren techos inclinados, la forma misma del techo facilita el
diseño y construcción de tijerales, resultando opciones muy ventajosas y
económicas.
A.- PARTES DE UN TIJERAL DE MADERA.
Los tijerales de madera pueden usar algunos otros materiales tales como clavos,
alambre, fierro de construcción, pernos, platinas metálicas, etc. La madera que
se usa puede ser cortada y cepillada. o madera rolliza (en troncos) que es el caso
general para las edificaciones rurales que nos ocupan.
El tijeral más simple que se puede construir es un triángulo, como el mostrado
en la Fig. Nº 8.26.
131
132
Conforme se vayan agregando más bridas interiores, el tijeral permitirá cubrir
luces mayores, pero sobre todo permitirá soportar más cargas concentradas
porque el número de nudos aumenta.
Las bridas interiores pueden colocarse de diversas maneras, con el único
requisito de determinar triángulos (figura geométrica estable),como muestra la
Fig. Nº 8.29.
Sin embargo se deberá analizar el tipo de esfuerzos que actúan en cada barra,
para determinar la conveniencia o no de usar un diseño determinado.
Por las dificultades constructivas, en tijerales de madera se prefiere que las
barras trabajen a compresión y no a tracción; ello se debe no a las posibilidades
de 1a madera misma, sino a la dificultad de lograr uniones que sean eficientes
para trabajar a tracción.
En un tijeral cualquiera, es imposible que todas las barras trabajen a compresión,
puesto que obligatoriamente algunas de ellas tendran que trabajar a tracción;
pero se trata de diseñar de tal manera que las barras no trabajen a tracción
inconvenientemente o por mala distribución.
B. CALCULO DE TIJERALES DE MADERA.
Para calcular un tijeral de madera, se recomienda considerar que todas
las cargas actuantes ( incluyendo el peso propio del tijeral ) sean
concentradas y actúen en los nudos del tijeral. Generalmente, las cargas
se consideran actuando en los nudos de la brida superior,
133
pero pueden tambien considerarse cargas “ colgadas “ de los muros de los
nudos de la brida inferior.
a. Cálculo de las cargas concentradas en los nudos.
El peso propio total del tijeral se calcula multiplicando su vólumen total por
su peso específico (1,000 Kg/m3), y este peso se divide entre el número de
nudos de la brida superior, incluyendo los nudos de los apoyos. Para que esto
sea posible es necesario efectuar un dimensionamiento previo de la madera a
utilizar.
La carga adicional al peso propio que actúa en cada nudo, se debe a la
presencia de vigas transversales que comunican su carga; en este caso es
necesario calcular el valor de dichas cargas (nudo por nudo) y sumar el valor
encontrado a la carga por peso propio. El siguiente ejemplo ilustrará el
procedimiento.
Ejemplo 1:
El tijeral mostrado en la figura soporta un techo de eternit, mediante vigas
transversales de 4" de diámetro. Encontrar las cargas actuantes en los nudos,
sabiendo que el espaciamiento entre tijerales es de 4 m y que todas las bridas
interiores son de ∅ 3” = 0.07762 m.
Solución:
134
Longitud total bridas superiores = 10.8 m
Vol =
π (C.102)2
4
x 10.8 = 0.088 m3
Longitud total bridas interiores = 18.8 m
Vol =
π (C.102)2
4
x 10.8 = 0.086 m3
- Volumen total = 0.30 m3
- Peso total
= 0.30 x 1,000 kg/m3 = 300 kgs.
- Distribuyendo este peso entre 9 nudos de la brida superioor, incluyendo los
apoyos, tenemos : 300/9 = 33.3 kgs (carga concentrada)
- puesto que el espaciamiento entre tijerales es de 4 m. significa que el área de
influencia de cada tijeral es de 4 m. (2 metros a cada lado), por tanto:
Peso de la viga transversal que se apoya en cada nudo ( ∅ = 4”):
= (0.100 )2 π x 1,000 = 33 kgs.
4
Peso del techo de eternit (15 Kg/m2) por cada nudo:
= 1.35 x 4.00 x 15 = 81 Kgs.
Sobrecarga: consideramos un peso de 50 kgs/ m2 de techo:
= 1.35 x 4.00 x 50 = 270 kgs.
Carga concentrada total en cada nudo de la brida superior:
P = 33.3 + 33.0 + 81.0 + 270.0 = 417.3 Kgs ≅ 420 Kgs.
135
- Cálculo de 1as reacciones RA y RB :
Por consideraciones de equilibrio estático la suma de las cargas verticales es
igual a la suma de las reacciones p = RA + RB' puesto que la estructura es
simétrica RA = RB' = R ; reemplazando:
R = 9 p/2 = 9 x 420/2 = 1,890 Kgs.
En caso de que la estructura no fuera simétricas o que las cargas actuantes no
fueran simétricas, para encontrar el valor de la reacción RA se toma
momentos con respecto a “B” y se igualan a cero; y para encontrar RB se
utiliza la ecuación de equilibrio de fuerzas verticales o se toman momentos
con respecto a "A" y se igualan a cero.
b. Calculo de fuerzas actuantes en cada barra.
Existen muchos métodos para calcular las fuerzas que actúan en cada barra,
pudiendo ser analíticos (numéricos) o gráficos; uno de los métodos más
empleados es el llamado método de los nudos (analítico) que describiremos
a continuación.
Conviene numerar a cada nudo de la estructura para evitar confusiones.
136
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141
142
las bridas que se grafican con fuerzas opuestas trabajan a compresión y las
fuerzas que se gafican con fuerzas mirándose, trabajan a tracción:
COMPRENSION
TRACCION
Un comentario importante que se puede deducir para estructuras similares en el
siguiente:
• las bridas superiores trabajan a compresión, siendo las extremas (las cercanas a
los apoyos) las más cargadas.
• las bridas inferiores trabajan a tracci6n, siendo las extremas (las cercanas a los
apoyos) las más cargadas.
• las bridas interiores verticales que se unen en un extremo a
143
•
•
la brida inferior únicamente, formando una "T" invertida, no trabajan.
Las bridas verticales que se unen en un extremo a la brida superior
únicamente, formando una especie de “T”, sólo reciben la carga "P",
directamente aplicada en el nudo.
Las bridas inclinadas que se unen con la brida superior e inferior trabajan a
compresión o tracci6n según la configuración total del tijeral y según la
iroclinación que muestren.
c. Area de secciones transversales en las bridas.
Conocidas las fuerzas que actúan y el área de las secciones transversales, se
calculan los esfuerzns a los cuales están sometidos, dividiendo la fuerza entre
el área:
Fuerza
(kg)
Esfuerzo =
---------- = -------,
que debe ser inferior al esfuerzo
2
máximo admisible (1).
(actuante)
Area
cm
También se puede operar de otra manera:
Conociendo la fuerza total que actúa en una brida cualquiera y el valor del
esFuerzo máximo admisible al que se puede someter el material, se calcula la
sección ( el área de la sección) que se requiere para soportar el esfuerzo
actuante:
Los esfuerzos máximos admisibles para el eucalipto (2) son:
. a compresi6n : 55 Kg/cm2
. a tracci6n : 50 Kg/cm2
Si la brida superior va a tener una fuerza máxima de 3,954 Kgs. a la
compresíón. se deberá tener una sección minima de:
AREA
=
Fuerza
3,954
---------- = -------Fuerza
55
≅ 72 cm2,
____________________________________________________________________
(1) Ver cuadro Ng 4.2. capítulo IV del Manual 1-1. en relaci6n a las caracteristicas mecánicas de la madera en Cajamarca.
(2) Considerando que la madera muchas veces se utiliza recién talada .en estado "verde", conviene tomar como esfuerza permisible el
50 % del esfuerzo permisible en estado seco.
144
O sea : πD2 = 72 cm2 ...................... D
4
72 x 4 = 9.57 cm.
3.1416
D = 9.57 cm
Puesto que escogimos inicialmente un diámetro de 4" (para el
predimensionamiento ) o sea 10 cm., se da por bien resuelto el problema.
Para la brida inferior, el esfuerzo máximo a la tracción es de 3,675 Kg. El área
mínima requerida será:
3,675
= ---------- = 73.5 cm2 ≅ 74 cm2
50
D
4 x 74 = 9.71 cm.
3.1416
D = 9.71 cm
Dado que en el dimensionamiento previo se escogió ∅ 5” (12.7 cm), el
problema está bien resuelto.
Comentario:
Puesto que la brida superior y la inferipr ser~n de un solo tronco, sin uniones,
generalmente es suficiente analizar las máximas fuerzas a que van a someterse
(nudo 1) y generaiizar los resultados para el resto de la estructura.
Para las bridas interiores se puede usar madera de la mitad del diámetro de las
bridas exteriores.
Puesto que se van a usar troncos, cuya sección no es constante sino que va
disminuyendo conforme se acerca a la punta, es recomendable usar el extremo
más grueso hacia los apoyos, en las bridas superiores. Para el caso de la brida
inferior, el tronco a usar se deberá escoger con mayor cuidado y el diámetro
mínimo se comprobará en el extremo más delgado.
También es posible empalmar la bridas superiores o inferiores, pero se debe
tener en cuentá que:
- El empalme de bridas superiores trabaja a compresión y por tanto no
representa tanto problema.
- El empalme de la brida inferior trabaja a tracción y el empalme debe-
145
rá absorber la totalidad del esfuerzo de tracción, lo cual requiere de un diseño
especial de la unión.
En caso de hacer empalmes de cualquiera de las bridas, es recomendable
hacerlos en el centro del tijeral y no en los extremos; puesto que allí, en el
centro, los esfuerzos son menores.
C. CALCULO DE ALGUNOS TIJERALES DE MADERA MAS USADOS.
Los tijerales de madera se usan tanto para techos de tejas como para techos de
ca1amina. Según se trate de uno u otro, la inclinación de las bridas superiores
varía recomendándose las pendientes mínimas mostradas en la Fig. 8.34.
Atendiendo a aspectos constructivos, y para evitar fuertes concentraciones de
esfuerzos, sobre todo en las uniones de las bridas superior e inferior, es
rcomendable que la altura del vértice (cumbrera) del tijera1 a la brida inferior,
sea cuando menos menos L/5, siendo "L”, la longitud total de la brida inferior o
luz libre.
Si se aumenta esta altura, los esfuerzos que se generan en las bridas son
menores, y menores también las concentraciones de esfuerzos, pero aumentan
las longitudes de las bridas, favoreciendo el pandeo de aquellas que trabajan a
compresión (1).
_______________________________________________________________________________________
(1)
Los esfuerzos máximos admisibles que se consideran para la madera, garanatizann que ella no va a fallar por
pandeo. En general la madera falla por deformación excesiva antes que por otros aspectos.
146
147
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Si consideramos los esfuerzos permisibles máximos
55 Kg/cm2 y 50 Kg/cm2, tendremos:
Area de la brida superior :
= 1,647 = 30 cm2 = πD2
55
4
D = 6.2 cm
Area de la bridaj,nferior:
1,200 = 24 cm2 = = πD2
50
4
D = 5.5 cm
Debido a que las barras son relativamente largas y que no tienen arriostre, es
recomendable aumentar el diámetro calculado, para evitar deformaciones
excesivas; se puede usar:
∅ para bridas superiores = 4"
∅ para bridas inferiores = 4"
4” sería el diámetro mínimo a usar en las bridas superiores e inferiores.
Si al final del ejemplo se le agrega un pendolón simplemente colocado, él no
trabaja; sin embargo es posible comunicarle un pre-esfuerzo, ya sea de tensión o
de compresión como muestra la Fig. Nº 8.38 (b) (c). En estos casos el pendolón
sí trabaja y modifica los esfuerzos en las bridas superior e inferior, dependiendo
de las deformaciones que ocasione en ellos mismos.
A pesar que el pendo1ón simplemente colocado no trabaja. es recomendable
usarlo siempre. en previsión a deformaciones excesivas de la brida superior. en
cuyo caso el pendo1ón trabaja ayudando a la estabilidad de la estructura.
149
149
Puede suceder el caso de que el techo se apoye en las bridas superiores sin
transmitir su carga a nudos, sino directamente a las bridas, como se aprecia en la
fig. Nº 8.39. En este caso las bridas superiores, se encuentran sometidas a
esfuerzos de compresión ya esfuerzos de flexi6n, lo cual no es deseable por
cuanto la estructura se deforma demasiado y puede colapsar o requiere secciones
mucho mayores.
para evitar este problema deberá incluirse bridas interiores, cuyo número estará
de acuerdo a la naturaleza de las cargas.
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IX CARPINTERIA DE MADERA
9.1 GENERALIDADES.
La madera es un material muy usado en las construcciones de Cajamarca, tanto
como elemento estructural (vigas, viguetas, correas, pilares, puntales, etc.) como
para fabricación de puertas, ventanas, barandas, escaleras, muebles, etc.
A. PUERTAS DE MADERA:
Las puertas de madera pueden ser de una o dos hojas; se usa madera seca de
eucalipto, tornillo, cedro u otras especies; la más usada es el eucalipto, árbol
que más abunda en la zona de Cajamarca.
El esquema básico de una puerta de madera es el que se muestra en la figura
Nº 9.1
164
Los tableros de madersa se destajan y se incrustan en los listones
Para el ensamblado de la puerta se usa cola y tarugos de madera; si se dispone
da clavios se los utiliza.
Existe gran variedad de diseños de puertas derivados del esquema básico, como
muestra la Fig. Nº 9.2
165
También se usan puertas con tablero de madera exterior. En ese caso recuerda a
una puerta contraplacada.
El marco de las puertas es también de madera y puede tener perfiles tales como
los que muestra la Fig. Nº 9.3
Las bisagras que se usar, son las comerciales, sin embargo se pueden usar otros
tipos como muestra la Fig. Nº 9.4.
En algunos casos se agregan cuartos rodones a los extremos de los tableros con
la finalidad de mejorar el aspecto estético de la puerta ( Figura Nº 9.5)
Algunas de las puertas incluyen ventanas. Es interesante observar el uso de
ventanas en Cajamarca; ha sido relativamente restringido.
En muchos casos los ambientes sólo recibían luz natural cuando la puerta del
ambiente se encontraba abierta. La colocación de ventanas en las puertas
constituye una excelente solución a las necesidades de iluminación sin el abuso
de vanos que debilitan la estructura.
166
167
El clima de Cajamarca, bastante frío, sugiere también el poco uso de ventanas y
más bién favorece 1a presencia de mamparas, colocadas delante de las puertas,
que abrigan el ambiente.
168
E1 esquema de mampara y puerta se muestra en la Figura Nº 9.7.
Este sistema de puerta y mampara se usa para dar un acceso desde el patio hacia
los ambientes. La puerta de madera puede permanecer abierta, pero la mampara
siempre está cerrada, comportandose como elemneto aislador del frío y como;
ventana de iluminación
169
B. VENTANAS DE MADERA.
En general en el área de Cajamarca no se usan ventanas; sin embargo, si las
hay son muy pequeñas con puertas de madera y sin vidrio como se muestra
en la Fig. Nº 9.9
170
X CIMIENTOS Y SOBRECIMIENTOS
10.1 CIMIENTOS
A. DESCRIPCION
Los cimientos son los elementos estructurales que se encargan de transmitir
las cargas de la edificación al suelo de cimentación.
En términos aproximados el cimiento transmite cargas al terreno, en un área
de influencia determinada por líneas que forman 45º con la horizontal.
La carga transmitida al terreno depende del peso total que gravita sobre el
cimiento, incluyendo su peso propio y el peso del terreno mismo, encima del
cimiento y del área de la zona de influencia a considerar.
Si en la Fig. Nº 10.1 consideramos como ejemplo que el peso total es de 10Tn.
y que el área del cimiento es de 1 m2 entonces la presión transmitida al
terreno, llamada también presión de contacto, será:
10,000 Kg = 1 Kg cm 2
10,000 cm2
A una prófundidad de 1 metro por debajo del nivel de cimentación, la
171
presión será mucho menor, porque el área de influencia, 9 m2, es mayor; en
este caso la presión transmitida al terreno será igual a:
10,000 Kg. = 0.11Kg/ cm 2
90,000 cm
La hipótesis de que las presiones se transmiten al terreno de la manera
indicada en la figura Nº 10.1 no es muy cierta; experimentalmente se ha
comprobado que un cimiento transmite esfuerzos iguales en el terreno de
cimentación que determinan esferas concéntricas a modo de un bulbo,
llamado precisamente "'Bulbo de Presiones". Las líneas de igual presión se
llaman ISOBARAS.
Las deformaciones en el terreno son proporcionales a los esfuerzos, por lo
cual el terreno tendrá deformaciones idénticas, siguiendo las curvas
mostradas.
Para fines prácticos es suficiente el análisis de presiones transmitidas al
suelo, empleando el primer criterio descrito.
172
B. CARGA MAXIMA ADMISIBLE DEL TERRENO (1)
En general, en el diseño de cimientos se suele comprobar que la presión de
contacto del cimiento con el suelo no supere la carga máxima admisible del
terreno, o sea que no supere su capacidad portante con un coeficiente de
seguridad adecuada. En caso de proporcionar valores mayores a los
permitidos deberá incrementarse el área de cimiento.
Se puede partir del valor de la resistencia admisible máxima para
dimensionar el cimiento.
Por Ejemplo:
Un cimiento de forma cuadrada transmite una carga total de 10 Tn (sin
incluir el peso propio del cimiento). Encontrar las dimensiones que debe
tener, sabiendo que la máxima capacidad portante del suelo arcilloso húmedo
es de 0.80 Kg/cm2.
Solución:
Agregando el 20 % del peso a título de peso estimado del cimiento, el peso
total transmitido al suelo será 10 x 1.2 = 12 Tn
Area del cimiento; a x a (sección en planta cuadrada).
12,0000 kg.
Presión de contacto = -------------------a2
a2 =
= 0.8 kg/cm2
12,000 kgr. = 15,000 cm2
0.8 kg/cm2
Comprobación :
Supongamos que el cimiento tiene una altura de 0.40 m.
Peso del cimiento = 0.40 x (1.22)2 x 2,400 Kg/m3 ;
Peso cimiento = 1,428 Kg.
Peso estimado = 2,0000 Kg.
Por lo tanto puede considerarse satisfactorio.
_________________________________________________________________________________________
(1) ConslJltar el capítulo VII, Suelos de cimentaci6n, del Manual I-1 "Tecnología Básicas para equipamiento Rural”.
173
C. TIPOS DE CIMIENTOS
Los tipos más usados de cimientos son: cimientos corridos, cimientos
aislados y cimientos especiales.
a. Cimientos_corridos.
Se usan para cimentar muros portantes y muros no portantes,
caracterizándose por tener dimensiones constantes en toda su longitud.
Algunos tipos de cimientos corridos se muestran en la Fig. Nº 10.3.
- Diseños de cimientos corridos.
El diseño de cimientos corridos consiste en determinar sus dimensiones:
largo, ancho, alto. El largo del cimiento corrido coincide con el largo del
muro, por lo cual se acostumbra diseñar el cimiento por unidad de
longitud de muro (1 m de largo).
Si el muro tiene vanos para puertas y ventanas, y el terreno de
cimentación es muy bueno, es posible interrumpir el cimiento
en dichos vanos. En caso de que el suelo de cimentación no
174
sea muy bueno es preferible no interrumpirlo.
Ejemplo:
Un muro de adobe de 3 m de altura, 0.40 m de ancho y 10 m de longitud,
soporta el peso del techo de la edificación, que transmite una carga
uniformemente repartida de 300 Kg/m de longitud de muro. Diseñar su
cimiento, sabiendo que la carga admisible del terreno es de 0.6 Kg/cm2.
Solución
Cálculo del peso del muro por metro de longitud:
0.40 x 3 x 1,600 = 1,900 Kgs.
= 300 Kgs.
Peso del techo
Peso Total
= 2,200 Kgs.
Peso transmitido al terreno (considerando como 20 % el peso del
cimiento) : 2,200 x 1.20 = 2,600 Kgs.
Area del cimiento
= 2,600 = 4,333 cm2
0.6
Ancho del cimiento
= 4,33 3
100
= 43 cm
Puesto que el ancho del muro es de 40 cm, prácticamente se puede usar un
cimiento del mismo ancho.
175
La altura del cimiento:
Depende de muchos factores, entre ellas: el material de fabricación del
cimiento, la forma cómo se distribuyen los esfuerzos en el cimiento, etc.
En general la altura del cimienta no debe ser menor de. 0.30 m, siendo
común una altura de 0.40 a 0.50 m. Para encontr:ar el alto mínimo de un
cimiento se deben trazar líneas inclinadas 60° con respecta a la horizontal
desde las bordes del muro a sobrecimiento, como muestra la Fig. Nº 104
Si el cimiento se apoya en terrenos muy buenos, los cálculos arrojarán
176
que el ancho del cimiento debe ser menor al ancho del muro; sin embargo,
se utilizará al menos un cimiento del ancho del muro. Si el terreno es de
roca sana, la profundidad del cimiento puede ser de 0.10 m. como
mínimo.
Los cimientos corridos pueden construirse de varios materiales, entre
ellos:
- Piedra asentada con barro arenoso; es muy usado para cimientos de
muros de tierra.
- Ladrillos asentados con mortero de cemento; se usa par'a muros de
tierra.
- Concreto cic1ópeo con 30 % de piedra mediana (tamaño máximo 6"),
para muros de ladrillos de arcilla o cemento.
- Concreto armado, para muros portantes de concreto o ladrillo altamente
resistente (1)
b. Cimientos_Aislados.
Los cimientos aislados se llaman también zapatas, se usan para cimentar
columnas, pilares o silnilares. Los cimientos aislados tienen diseños
especiales que salen de los alcances del presente manual.
c. Cimientos_especiales.
Se usan también en casos especiales; las plantas de cimentación, los
pilotes y los caissons son ejemplos de cimientos que requieren diseños
especiales a cargo de profesionales especialistas.
10.2 SOBRE CIMIENTOS
El cimiento por lo general queda dentro del terreno, sometido a la
humedad natural del mismo. No se deben usar por tanto materiales que
sean atacados por la humedad o que pierdan resistencia con ella.
___________________________________________________________________________________________________
(1) El campo de aplicación de los cimientos corridos explicados en el presente manual está limitado a construcciones sencillas,
comúnmente usadas en el ámbito rural del SESA-Cajamarca; las construcciones más complejas con cargas más exigentes
requieren que los cimientos sean comprobados también al momentos de flexionarse, adhrencia y cortante en secciones críticas que
dependen del tipo de muro, lo cual sale del alcance del presente manual.
177
El muro no necesariamente es resistente a la humedad, sobre todo al se trata de
muro de tierra y debe aislarse del suelo.
Para aislar el muro del suelo se usan los sobrecimientos. El sobrecimiento, tiene
el mismo ancho del muro, se apoya en el cimiento y tiene una resistencia buena
a la humedad. El sobrecimiento debe sobresalir encima del terreno natural no
menos de 0.20 m. El sobrecimiento evita también el ataque de roedores a la
edificación, sobretodo, cuando se trata de sobrecimiento de cemento ciclópeo.
Los sobrecimientos pueden construirse con mampuestos (piedras labradas
acomodadas con algún ligante), con ladrillos de cemento, con concreto ciclópeo
(con 25 % de piedra mediana máx.∅ = 3”) o con concreto armado.
En el caso de muros de tierra, se usan sobrecimientos de piedras asentadas con
barro mezclado con paja, protegiéndolos del agua de las lluvias mediante aleros
en el techo, que hacen que el agua caiga lejos del sobrecimiento.
Se debe prestar buena atención a la protección del muro, del sobrecimiento y
del cimiento. La práctica de aleros en el techo da buenos resultados. El revestir
el muro con un zócalo de material impermeable es aconsejable. El uso de
veredas impermeables perimétricas a la edificación es muy necesario y el
drenaje de agua de lluvias no debe descuidarse en zonas tan lluviosas como
Cajamarca.
178
XI
BOMBEO DE AGUA,
El bombeo de agua es la acción mediante la cual, utilizando un mécanismo
(bomba), se desplaza una cantidad de agua de un lugar a otro, ubicado
generalmente a un nivel más elevado.
Con respecto a la altura. la energía potencial que tiene un cuerpo es el producto
de su peso por la altura (medida con.respecto a un plano de referencia fijo,
arbitrariamente escogido).
Por tanto, el bombeo consiste en utilizar una cierta energía (e1éctrica, de
combustibles fósiles, viento, etc.) para accionar un mecanismo que la transforme
generando un incremento de la energía potencial del agua. Naturalmente, la
energía potencial obtenida es inferior a la energía suministrada al mecanismo,
debido a las pérdidas que existen .
El aprovechamiento óptimo del recurso agua es uno de los objetivos
fundamentales del Proyecto Silvo Agropecuario. Se debe en lo posible
aprovechar el agua directamente por gravedad; sin embargo. en algunos casos
resulta imposible hacerlo así y se debe recurrir al bombeo, en cuyo caso, se
deberá elaborar un estudio minucioso de los costos que ello significa y
contrastarlos con el beneficio que se espera alcanzar.
En muchos casos el beneficio logrado es vital para el ser humano (agua para
consumo doméstico) y su beneficio social es muy grande.
11.1 TIPOS DE _BOMBAS.
Existen muchos tipos de bombas, las cuales pueden clasificarse en atención a
diversos aspectos, tales como: energía que utilizan; el mecanismo de
transformación; uso apropiado; tipo de fluido a bombear, etc.
Tiene interés para el presente trabajo establecer la siguiente clasificación:
A. SEGÚN LA ENERGIA UTILIZADA:
a. Bombas con energía convencional
. Bombas con motor a electricidad.
. Bombas con motor a combustible fósil (gasolina, petró1eo) o
motobomba.
179
b. Bomba con energía no convencional:
. Eólicas ( Viento)
. Con energía propia del agua, tal como movimiento de olas, velocidad
de corriente, caída de agua, etc.
b. SEGÚN EL MECANISMO DE TRANSFORMACION
Las Bombas pueden ser :
a.
b.
c.
d.
11.2
De piston
De turbina
Centrífugas
Tipo eyector
180
Generalmente en una bomba existen dos acciones diferentes: succión e
impulsión.Tanto en una como en la otra fase se producen los fenómenos
descritos a continuación.
A. SUCCION
La succión se refiere a la baja presión (presión negativa) que genera la bomba
dentro de un tramo de tubería, con la finalidad de que el agua ingrese a ella y
circule, debido a la presi6n atmosfé rica del exterior.
En estas condiciones, el agua ingresará a la tubería y subirá alcanzando una
altura tal, que representa precisamente el valor de la presión atmosférica.
Nótese que, por más succión que se continúe ejerciendo en el extremo superior
del tubo, el nivel del agua en su interior no podrá subir más, puesto que se ha
establecido un equilibrio de fuerzas.
La presión atmosférica disminuye conforme aumenta la altura del lugar sobre el
nivel del mar. El cuadro Nº 11.1 muestra estos valores
181
Puesto que la la ciudad de Cajamarca tiene una altura de 2,750 m.s.n.m. la
presión atmosférica tiene un valor de 7.28 metros de columna de agua, lo cual
significa que en condiciones ideales el límite de altura a la cual puede subir el
agua por succión es de 7.18 rn, a diferencia de la costa que es de 10.33 m, es
decir 3 m. menos.
En un problema de bombeo, el aqua en el interior de las tuberías no permanece
estática sino que circula presentando un problema dinámico, en el cual se
generan fricciones (del agua con las superficies interiores del tubo ) que ttraen
como consecuencia "pérdidas de cargas” o pérdidas de altura; es decir que la
altura estática a la cual podría subir el agua disminuye un tanto en función del
valor de las fricciones existentes.
B. PERDIDAS DE CARGA POR FRICCION EN TUBERIA Y ACCESORIOS
las fricciones dependen de la velocidad del agua (a mayor velocidad mayor
fricción).
las pérdidas por fricción se expresan generalmente en altura de columna de agua
por unidad delongitud, y se puede emplear para su cálculo alguna de las
siguientes formulas
a. Fórmula de Hazen – Williams
V = 0.355 C∅
0.63
Sf
0.54
donde :
V = velocidad de flujo, m/ seg, a tubo lleno
C = valor adimensional que depende del material del tubo.
∅ = diámetro del tubo, metros
Sf = pérdida de carga unitaría igual a hf / L , en donde :
hf = pérdida de carga total, (m) de columna de agua
L = longitud de tubería, metros
los valores de C se muestran en el cuadro Nº11.2
182
Donde:
Sf= pérdida de carga unitaria, m/m
f = coeficiente que depende de la velocidad y calidad del material
∅ = diámetro del tubo, metros
V = velocidad del agua, m/seg, a tubo lleno
g = aceleración de la gravedad igual a 9.8 m/seg 2
Los valores de f, para tuiberia de fierro fundido o de acero nuevo se muestran en
el cuadro 11.3
183
donde:
n = coeficiente de rugosidad de Maning.
Q = Caudal . m3/seg.
∅ = diámetro en metros
V = Velocidad, m/seg, a tubo lleno
Sf
pérdida de caraga unitaria, m/m
Los valores de n se muestran en el cuadro Nº 11.4
Esta fórmula es adecuada para tuberías de diámetros iguales o mayores a 6”
(0.15 m) habiendo sido reducida en principio para canales.
184
Para el rango de diámetro seña1ados, tiene una correspondencia con la fórmula
de Darcy:
d. Pérdidas de carga por conexiones y accesorios.
Las pérdidas de carga L¡ue eroducen las conexior,es y válvulas en las
tuberías, tar1bién pueden,calcularse asU'T1iendo para cada una de ellas, una
lonqitud de tubería equivalente calculada según la Fig. Nº 11.3.
C. PRESION DE VAPOR Y CAVITACION EN LA SUCCION DE UNA
BOMBA
A partir del límite estudiado para la a altura de la succión, debemos analizar
otro fenómeno relacionado con la presión de vapor de agua.
En un cuerpo de agua, cada partícula está tratando de escapar hacia el
exterior, conformando una presi6n denominada presión de vapor, que
depende básicamente de la temperatura del agua (a mayor temperatura mayor
presión de vapor). A la temperatura ambiente la presión de vapor es
relativamente pequeña y puesto que el conjunto está sometido a la presión
atmosférica, que es mucho mayor, el cuerpo de agua resulta relativamente
estable, es decir no se vaporiza violentamente (la vaporización ocurre
siempre, pero de una manera lenta y só10 en la superficie libre del liquido).
185
Si la temperatura del agua aumenta, entonces aumenta la presión del vapor y su
valor va creciendo conforme continúa aumentando la temperatura (cuadro Nº
11.5). Si la presión de vapor llega a ser igual a la presión atmosférica, entonces
las partículas de agua escapan hacia el exterior en toda la masa del líquido
presentándose el fen6meno de la ebullición.
El Agua hierve a los 100" C. al nivel del mar y a los 90.5º C a 2,765 m. s.n.m.,
porque a dichas temperaturas la presi6n de vapor es igual a la presión
atmosférica.
Si por medios artificales la presión atmosférica se aumenta, entonces para que se
presente la ebullición será necesario mayor temperatura, para que la presión de
vapor llegue a igua1ar1a. Esto es lo que se aprovecha en las ollas a presión, en
las cuales el agua hierve a mayor. temperatura, cocinando más rápidamente los
alimentos.
El fenómeno contrario también puede ocurrir por medios artificiales, es decir
disminuir el valor de la presión atmosférica, tal como ocurre en las tuberías de
succión de las bombas. Si se reduce tanto la presión atmosférica de tal manera
que la presión de vapor llegue a ser igual, entonces el agua "hierve" a la
temperatura que tiene en ese momento, generándose violentamente burbujas de
vapor.
186
187
Cuando en una bomba ocurre este fenómeno, su f'uncionamiento no es regular,
puesto que las burbujas de vapor formadas pasan de un estado de presión baja
(en la tubería de succión) a un estado de gran presión (en la tubería de
impulsión), por lo cual se contraen bruscamente convirtiéndose nuevamente en
agua, en un fen6meno conocido como IMPULSION
En estas condiciones se dice que la bomba CAV1TA. El fenómeno de
CAVITACION se produce sólo cuando la presión de vapor llega a igualar a la
presión del líquido (presión atmoféra disminuida); lo cual ocurre cuando la
altura de succión es cercana al límite estático establecido.
Para evitar que en una bomba se presente el fenómeno de la CAV1TACION,
es necesario que la altura de succión sea la menor posible y que no supere los
valores establecidos en los catálogos, que el fabricante tiene obligación de
adjuntar a cada bomba.
De manera aproximada se pueden tomar los siguientes valores de alturas
máximas de succión, que evitan el fen6meno de la CAV1TAC1ON.
ALTURA
DEL LUGAR
n.s.n.m
ALTURA MAXMA
DE SUCCION
M
2000
2500
3750
3000
3500
3.60
3.40
3.30
3.15
3.00
Cuadro Nº 11.6
ALTURA MAXIMA DE SUCCION
SEGÚN LA ALTURA SOBRE EL
NIVEL DE MAR
La tubería de succion debe ser instalada de tal manera que se eviten las entradas
de aire con uniones herméticas. En la boca de succión debe tener un filtro
adjunto a la válvula de pie para evitar el ingreso de materiales extraños al cuerpo
de la toma
188
D. IMPULSION
La impulsión se refiere al incremento de presi6n que sufre el líquido contenido
en la tubería llamada de impulsión, originando que éste pueda vencer a la
presión atmosférica, al pesó adicional de la columna de agua y a las pérdidas por
fricción.
Contrariamente a la succión que tiene límites físicos insuperables, la impulsión
no presenta límites físicos y, al menos teóricamente, es posible elevar la presión
indefinidamente y por consiguiente elevar el agua hasta cualquier altura.
Naturalmente que en el bombeo no sólo interviene el problema de comunicar
presión al líquido, sino que resulta un problema mucho más complejo que la
tecnología va resolviendo conforme avanza el tiempo.
En la tubería de impulsión, también se presentan pérdidas de carga por fricción,
que pueden ser calculadas de acuerdo a lo explicado en el acá pite B.
E. ALTURA DINAMICA DE BOMBEO.
Es la suma de la altura estática (altura de succión + altura de impulsión), más las
pérdidas de carga por fricción en todo el sistema. Para el cálculo de las pérdidas
de carga, se requiere el conocimiento del diámetro de la tubería, dado que casi
mJnca es conocido a priori; por tanto el problema suele resolverse por tanteos;
es decir, se propone un diámetro de tubería, se calcula la velocidad del agua
según los límites permisibles (tanto mínimo como máximo), y luego se procede
a calcular las pérdidas por fricción en la tubería, las pérdidas por conexiones y
accesorios, y el desnivel o altura física a vencer. La suma de todas estos
componentes, dará la altura dinámica de bombeo.
Se pueden hacer varios tanteos a fin de seleccionar la al ternativa más
conveniente.
F. VELOCIDADA DEL AGUA EN LAS TUBERIAS.
La velocidad del agua en el interior de las tuberías es la causa de las pérdidas de
carga por fricción. Si la velocidad es muy grande,
189
Las fricciones grandes tienden a deteriorar la tubería por erosión y, si la
velocidad es baja, entonces pueden presentarse fenómenos de sedimentación.
Para evitar fenómenos severos de erosión o sedimentación se recomienda que la
velocidad en el interior de las tuberías no sea inferior a 0.6 m/seg ni superior a
los valores mostrados en el cuadro Nº 11.7. En el caso de las tuberías de de
succión conviene que la veloc.idada máxima no sobrepase a 1 m/seg.
G. POTENC1A DE LA BOMBA.
La potencia de la bomba puede calcularse mediante:
P = 1,000 Q h
75 x R
De donde:
Q = gasto o caudal en m3/seg
h = altura dinámica de bombeo en metros
R = rendimiento (entre 0.4 a 0.7)
p = potencia de la bomba en H.P. (1 HP = 75 Kg-m)
190
Ejemplo:
Calcular la potencia que requiere tener una bomba, para elevar 8 lt/seg de agua,
a una altura estatática de 22.5, de acuerdo con los datos de la Fig. 11.5
191
192
Desde el punto de vista práctico comercial, una bomba de 5 HP será la
adecuada.
11.3
SELECCIÓN DE UNA BOMBA
La mejor selección de una bomba será aquella que operará a su máxima
eficiencia o rendimiento.
La eficiencia de una bomba es la relación que existe entre la potencia hidráulica
desarrollada a la salida y la entrega al eje de la misma, misma medida en
porcentaje. La eficiencia varía según el caudal bombeado y la altura dinámica de
bombeo.
Los fabricantes preparan para cada tipo de bomba las curvas caracterísicas de
funcionamiento, como la que se muestra en la Fig. Nº 11.6.
193
Mediante estas curvas es posible determinar qué bomba será la adecuada para
un caso específico. La unidad de bombeo cuyo funcionamiento se ilustra en las
curvas de la Fig. Nº 11.6 será adecuada para bombear 30 lt/seg a una carga
dinámica total de 35 m con una buena eficiencia de 75 %, trabajando a 1,700
RPM y requiriendo 15 HP de potencia; la misma bomba podrá funcionar para
un caudal de 15 lt/seg y 34 m de altura trabajando a 1,600 rpm y con sólo 10HP;
pero disminuyendo su eficiencia a 63 %.
Estas curvas son, por lo tanto, de gran utilidad y deberá usarse para seleccionar
la bomba existente en el mercado, que mejor se adecúa al problema que se
quiere resolver.
11.4 INSTALACION DE UN EQUIPO DE BOMBEO
A. REQUISITOS DE INSTALACION
Las juntas entre la bomba y las tuberías de succión e impulsión deben ser del
tipo universal o de brida, con la finalidad de poder remover la bomba.
Cuando la tubeía de impulsi6n sea mayor a 1/4", deberán usarse uniones
flexibles para que las vibraciones de la bomba no se transmitan a las tuberías.
Con este mismo propósito, los soportes de las tuberías de succión y de
impulsión se deberán hacer independientes de la base de la bomba y deberán
contener el menor número posible de codos o cambios de dirección.
La tuibeía de impulsión deberá contener una válvula de compuerta después
de la unión universal, con la finalidad de evitar que.el agua contenida en su
interior escape cuando la bomba. sea retirada.
La tubería de succión deberá tener en su extremo una válvula de retención y
una canastilla, para evitar que el interior de las tuberías y de la bomba pierda
agua (deje de estar cebada).
Excepto para viviendas unifamiliares, el equipo de bombeo deberá instalarse
por duplicado, en cuyo caso cada bomba deberá tener una tubería de succión
independiente y la tubería de impulsión podrá ser única para ambas bombas.
194
B. ANCLAJES DE LA BOMBA
Las bombas deberán fijarse mediante anclajes (pernos de fierro) a una base
de concreto especialmente construida, que sobresalga no menos de 0.15 m
sobre el nivel del piso.
Para efectuar el anclaje se deberán seguir los siguientes pasos:
a.) Construir la base de concreto dejando en el lugar donde van a colocarse
los anclajes unas bolsas de plástico o papel llenas de arena.
b.) Cuando el concreto haya fraguado, se deberá retirar la arena contenida en
las bolsasa, quedando en el concreto unas cavidades en forma esférica. La
bomba se colocará en su lugar cónteniendo los anclajes y los pernos
correspondientes.
195
c. Se llenarán las cavidades dejadas por las bolsas, con los anclajes en su
interior, mediante mortero de cemento-arena 1:4 y se esperará que frague
(7 días mínimo) y luego se procederá a ajustar los pernos, sin remover la
bomba de su lugar.
El procedimiento descrito garantiza la máxima precisión en el colocado de
los anclajes. El éxito de la operación consiste en que la forma del hueco
que deja la bolsa permita el anclaje.
C. PUESTA EN FUNCIONAMIENTO DEL EQUIPO DE BOMBEO
La puesta en funcionamiento del equipo de bombeo es una tarea que debe
abordarse cuidadosamente, sin ningun apresuaramiento. Muchas veces, debido a
la vehemencia de ver funcionando el equipo, se comete errores que traen como
consecuencia dificultades para lograr un buen servicio.
Antes del encendido de la bonba, debe chequearse la totalidad de la instalación
para comprobar que todas las tuberías estén correctamente colocadas; luego se
procederá a cebar (llenar el agua) la bomba (esta operación no requieren las
bombas autocebantes) para lo cual deberá removerse el tampon correspondiente,
deberá llenarse la tubería de succión y la bomba con agua, debiendose
comprobar que su nivel no descienda ( si lo hace significa que la válvula de
retención funciona mal y es imprescindible corregir dicha deficiencia antes de
hacer fucionar el equipo de bombeo). Si el nivel de agua no desciende, debe
colocarse el tapón en su lugar y ajustar adecuadamente, de tal manera que al
funcionar la bomba, no aspire aire por dicho tapón.
Si la tubería de impulsión tiene válvula de compuerta, es recomendable
196
que se encuentre CERRADA en el momento de encender la bomba.
Luego,verificar que el motor de la bomba funcione bien, que tenga combustible,
lubricantes, etc. Se procederá a encender el motor y una vez que se ha generado
la velocidad normal, deberá abrirse lentamente la llave de compuerta de la
tuberia de impulsión, con lo cual el agua comenzará a salir de una manera
continua, sin vibraciones, ni ruidos extraños.
En caso de no salir agua, se puede deber a varias causas, siendo la más común el
que la bomba haya perdido el cebado, por intromisión de aire (casi siempre por
el tapón de cebado).
Otra falla puede ser una conexión entre el motor y la bomba; es decir, que el
motor no comunique movimiento a la bomba o que el sentido de rotación se
haya invertido, lo cual ocurre generalmente en las bombas eléctricas con
abastecimiento trifásico. En este caso hay que cambiar la polaridad o sea
interca:nbiar dos líneas.
Otra causa puede ser alguna obstrucción en las tuberías de succión o de
impulsión, o alguna válvula que permanezca cerrada. Se deberá revisar
cuidadosamente el sistema. Una falla común es el exceso de altura de la tubería
de succión. En este caso la bomba no podrá evacuar agua salvo que se la baje de
nivel para disminuir dicha altura.
Otra falla bastante común consiste en usar tuberías de succión de diá-
197
metros pequeños “para que el agua no pese tanto” . Esto empeora totalmente el
funcionamiento de una bomba, en general el diámetro de la tubería de succión
deberá ser mayor al diámetro de la tubería de impulsión.
Las bombas deberán colocarse en lugares protegidos de inundaciones o lluvias
(bajo techo); pero deben tener buena ventilación. Esta exigencia es
especialmente importante si qe trata de motobombas que funcionan con petróleo
o gasolina, ya que por el escape desalojan monóxido de carbono que es muy
tóxico para el ser humano.
De ninguna manera se deberán usar motobombas en el interior de pozos o de
habitaciones cerradas.
198
X II.
EXCA VACION DE POZOS DE AGUA SUPERFICIAL
12.1 ELECCION DEL LUGAR
Uno de los problemas más difíciles de resolver es la elección del lugar para la
excavación de un pozo. La buena elección del lugar supone un excelente
conocimiento del terreno desde el punto de vista externo o interno (geología), lo
cual se consigue mediante estudios previos debidamente planificados que
puedan incluir sondeos y perforaciones.
Existen muchas técnicas para el estudio del subsuelo con el objeto de obtener
agua; sin embargo la mayoría de ellas réquieren el uso de equipo y personal
especializado. En caso de contar con dicho recurso debe ser utilizado.
También existen “ métodos” informales de estudio del subsuelo con fines de
determinar la presencia de agua, tales como la intervención de Radiestésicos
(personas sensibles al agua) que utilizan algún medio mécanico para evidenciar
las fuerzas que el agua les hace sentir, tales como un péndulo, un horcón de
madera. Estos métodos carecen de fundamento cientifico.
Puesto que la excavación de un pozo significa una inversi6n considerable, es
recomendable que la elección del lugar sea efectuada por especialistas, debiendo
realizar las pruebas necesarias antes del inicio de la obra.
Los pozos a excavar pueden ser superficiales o profundos; los primeros se
excavan a mano, pueden llegar hasta 20 m o más de profundidad, dependiendo
del nivel freático del lugar, y presentan diámetros relativamente grandes
(mínimo = 1.20 m); los segundos se excavan usando máquinas perforadoras,
alcanzan profundidades grandes y tienen diámetros relativamente reducidos;
generalmente estos pozos son revestidos (encamisetados) mediante una tubería
de fierro pre-fabricada que se va hincando en el pozo conforme se va excavando.
El presente capitulo tratará solamente de la excavación de pozos superficiales o
de tajo abierto.
199
12.2 PREPARACION DEL TERRENO
Escogido el lugar donde se excavará el pozo, se debe proceder a limpiar el
terreno, eliminando los materiales sueltos, hierbas, etc. en una extensión
conveniente que permita efectuar en forma cómoda las operaciones; se le dará la
pendiente necesaria para evitar que el agua de lluvia o de inundaciones ingrese
en el pozo, siendo recomendable rodearlo de una cuneta de drenaje con desfogue
hacia el lugar previamente determinado.
Se construirá con madera, rieles u otros elementos, un sistema de soporte de la
polea, tal como se muestra en la figura Nº 12.1.
Si existiera la posibilidad de luvias durante el proceso de excavación del pozo,
es necesario construir un techo de protección que impida que el agua de lluvia
afloje y haga ceder los taludes, echando a perder toda la operación.
12.3 REPLANTEO DEL POZO
El replanteo del pozo consiste en ubicar el centro exacto del círculo que
200
se va a excavar, mediante una plomada que penda desde un punto conocido, y
fijo, a fin de poder efectuar el replanteo en cualquier momento, y a cualquiera
profundidad.
Puesto que no resulta práctico mantener un punto fijo en e1 terreno, por la
incomodidad que supone, se acostumbra referir dicho punto a balizas ubicadas
fuera de la vertical del pozo. Para este efecto se puede usar la misma estructura
de soporte de la polea. Lo importante es que cualquier momento se pueda
identificar el punto fijo del cual se descolgará la plomada, para ubicar en el
terreno el centro geométrico del pozo. Este sistema permite además ir
controlando la verticalidad del mismo en cualquier momento.
Conocido el centro geométrico del pozo y conocido el. valor del radio, se puede
dibujar en el terreno el contorno.
12.4 EXCACAVACION
La excavación propiamente dlicha tiene dos condiciones diferentes:
A. Excavación sin Agua
B. Excavación con agua o bajo agua.
A. EXCAVACION SIN AGUA
La excavación sin agua se refiere a aquella que se realiza sobre el nivel freático,
con el terreno seco utilizando las herramientas comunes, tales como picos, palas,
barretillas, baldes o latas y otros.
En este caso la excavación no difiere sustancialmente de cualquier otra (1).
debiendo tener cuidado de no almacenar la tierra excavada en el perímetro
cercano al borde del pozo (la tierra excavada debe trasladarse a otro lugar
distante de la zona de trabajo). Cuando la profundidad es pequeña, la extracción
de la tierra se hace directamente con palana hacia el exterior (y de allí con
carretilla hacia otro lugar); sin embargo cuando la profundidad ya es grande
(mayor a 2.00 m) la operación se dificulta demasiado y es preferible extraer el
material mediante latas, cuerda y polea.
(1) Consultar el Capítulo VI, Excavaciones, Manual I-1 "Tecnologías Básicas para Equipamiento Rural".
201
La operación consiste en que obreros ubicados dentro del pozo llenen un
depósito con el material excavado, el cual es izado mediante una polea y una
cuerda jalada por uno o dos obreros en el exterior. Cuando el depósito alcanza
una altura determinada sobre la boca, es jalado lateralmente mediante un
gancho, vaciando su contenido para luego devolverlo al interior del pozo.
Durante la excavación del pozo se deberá observar cuidadosamente el perfil del
terreno que se va descubriendo, con la finalidad de determinar sus características
de estabilidad. Debido a la forma cilíndrica de la excavación, las paredes del
pozo tienen una estabilidad realativa; sin embargo existen siempre riesgos de
derrumbes.
Si el material es suelto, arenoso o de cascajo, el riesgo es mayor.
Si se trata de arcillas compactadas con un contenido de humedad bajo, el riesqo
es menor, pero la variación en el contenido de humedad de las paredes del pozo
puede ocasionar igualmente derrumbes.
Es necesario ir estabilizando las paredes del pozo, conforme se avance en la
excavación. Al respecto el servicio Silvo Agropecuario (SESA) ha utilizado dos
métodos diferentes:
a. Estabilización de las paredes mediante albañilería fija.
En este caso la excavación se realiza de tal manera que el pozo ten-
202
ga forma telescópica (Fiq. 12.3). Previamente deberán haberse previsto las
dimensiones que requieran las excavaciones, para que el pozo interior no
resulte demasiado angosto.
Al principio se excava el pozo con mayor diámetro (2 ó 3); procediendose
luego a construir un revestimiento con ladrillos que estabilizará las paredes.
Los ladrillos se colocan en hiladas que cierran un anillo completo, rellenando y
compactando el espacio vacío entre los ladrillos y las paredes, utilizando para
ello el mismo material de la excavación luego se asientan las otras hiladas
sucesivamente hasta llegar al extremo superior
El pozo seguirá excavándose al siguienmte nivel, pero con un diámetro menor
(para no dejar en el aire la pared construida). El trabajo se repitirá cuantas
veces se requiera
Cuando se utiliza éste Método, es posible construir peldaños o escalera de
acceso al interior del pozo en forma de escalera helicoidal. La escalera se
puede construir después de la excavación y revestimiento de estabilización
b) Estabilización de las paredes mediante tubos prefbricados de concreto,
móviles.
En este caso se construyen unos tubos prefabricados del diámetro deseado y
de una altura aproximada de 1 m.
203
Los tubos se colocan uno encima de otro (simplemente apoyados) y se van
hincando en el terreno conforme avance la excavación.
Los obreros trabajan en el interior de los tubos y van cavando en todo el
perímetro por debajo de la tubería, la cual va descendiendo lentamete.
, '. : .. ..
Este sistema tiene el inconveniente de que el tubo se puede inclinar y quedar
apoyado en las paredes dificu1tando su descenso.
Si ocurre un derrumbe parcial, Los moldes moldes quedarán aprisionados
siendo muy difícil bajarlos. Las presiones en este caso no se distribuyen
uniformemente y pueden ocasionar incluso el colapso de alguno de los
anillos.
El objetivo de este sistema es únicamente proteger la integridad física de los
obreros en caso de derrumbe imprevisto, y requiere que durante todo el
proceso de exacavación los niveles del pozo estén estables, pues de lo
contrario el sistema falla.
Para facilitar el ingreso del agua dentro del tubo, los primeros ani1los tienen
perforaciones de 4" de diámetro. Para el hincado, el primer anillo lleva en la
parte baja un filete rnetálico que corta el terreno de sustentación.
204
Este sistema es aplicable para una mayor profundidad relativa de pozos.
Una vez terminada la operación, el espacio que queda entre el pozo y la tubería
se rellena con material poroso, cuidando de ir rellenando espacios circulares de
la misma altura para generar presiones concéntricas constantes en los anillos.
Un método más adecuado es la combinaci6n de los dos sistemas anteriormente
mencionados; es decir, mientras se excava sir! agua, se puede usar el primer
sistema y cuando se encuentra agua, puede usarse el segundo sistema.
B. EXCAVACION BAJO AGUA.
La excavación con agua se inicia cuando se llega al nivel freático. El suelo se
encuentra cada vez más húmedo, hasta que se llega al estrato completamente
saturado y de allí en adelante el agua se va acumulando conforme se vaya
excavando.
La excavación bajo agua ya no se puede realizar con la facilidad de la
excavación en seco; el pico ya no es posible de usar y la excavación se hace con
palana y barreta, pero sin ver el fondo del suelo por estar cubierto de agua y
barro.
Para continuar excavando es necesario ir bombeando el agua acumulada,
mediante una bomba bien ubicada.
El material es extraido mediante baldes, cuerdas y polea y conforme se va
aumentando la profundidad la tarea se vuelve más difícil, ya que el pozo recién
tiene una gran cantidad de agua proveniente del nivel freático aún no deprimido.
La excavación bajo agua requiere de un sistema de seguridad, tal como lo
explicado anteriormente, consistente en moldes cilíndricos prefabricados.
Una vez concluida la excavación deberá procederse a la construcción de la
plataforma definitiva de apoyo del equipo de bombeo (electrobombas) y a la
construcción de los elementos de seguridad, tales como escaleras de acceso al
interior, muretes perimétricos de seguridad, techo de protección contra lluvia y
casetas si fuera necesario.
205
FASCICULO 1- 4:
INFRAESTRUCTURA VIAL
CONTENIDOS
Dos son los tipos de obras que examina el presente fascículo 1-4, los caminos y
los puentes, ya que las alcantarrillas ya fueron presentadas en el 1-1. Al hablar
de caminos y puentes, no se trata de tas grandes obras que rea1izan los
gobiernos sino de aquella infraestructura complementaria ("vecinal") que busca
permitir el acceso de los campesinos a las vías principales. En ambos casos, el
fascículo ofrece una serie de pautas, fórmulas de cálculo y descripción de
técnicas, precisando cuando una alternativa requeriria un apoyo muy
especializado o costos inaccesibles.
La parte I (“Introducción”) señala el nivel de obras más sencillas al que se
refiere el fascículo, el interés de los campesinos por ellas y el pape1 de1 SESA
en su conducción.
La parte II (“Caminos”) presenta las pautas a segúir para hacer el trazo y la
construcción, con especial énfasis en la descripción de los procedimientos y
técnicas de trazado y en el diseño de las curvas, para lo cual precisa las fórmulas
de cálculo que se pueden usar en el replanteo en terreno, terminando con la
descripción de las niveletas como un instrumento sencillo pero válido para este
tIpo de obras.
La parte III (“Puentes2) explica los componentes de un puente y los diversos
tipos de puentes que existen, antes de entrar a1 cálculo de las cargas
correspondientes, a la construcción de puentes de piedra en arco o de puentes de
madera de un solo tramo ya los aspectos estructurales de los estribos,
APORTES
Este fascículo es una buena y clara sistematización de la experiencia de terreno
en la construcción de caminos menores con sus respectivos puentes. Tanto los
procedimientos como las técnicas para el trazo, el replanteo de curvas y la
construcción son explicados en forma ordenada que puede permitir el uso de1
fascículo como guía de trabajo.
COMPLEMENTOS
Los campesinos andlnos suelen tener su experIencIa en abrir trochas y caminos.
empleando para ello una serie de conocimientos sobre los suelos y su
estabilidada y de técnicas de trazado y construcción, En complemento de este
fascículo sería úti1 conocer y dialogar con dichas habilidades a fin de no
encargar toda la conducción de la obra al técnico especializado, logrando así un
desarrollo de la propia capacidad campesina y un mejoramiento de
procedimientos y técnicas,
206
USOS
Salvo los cálculos de curvas y algunos cálculos de puentes, el fascículo es
accesible a campesinos con experiencia ya técnicos rurales de otras profesiones.
En este sentido puede aprovecharse en capacitación, en debates previos a una
construcción o en una construcción misma.
207
Nombre de la Práctica
INFRAESTRUCTURA VIAL
(Codigo I-4)
INDICE
1 -. INTRODUCCION ...................................................................
1.1. Descripción ...................................................................
1.2. Organización de la población............................................
1.3. Planificación de actividades..............................................
...................................................................
II. CAMINOS
2.1. Introducción ...................................................................
2.2. Especificaciones pera el trazo...........................................
2.3. Trazo de caminos..............................................................
2.4. Construcción del camino..................................................
2.5. Replanteo de curvas.........................................................
2.6. Uso de las ni veletas........................................................
.................................................................
III.PUENTES
3.1. Descripción y clasificación..............................................
3.2. Cargas
.................................................................
3.3. Puentes de piedra en arco .............................................
3.4. Puentes de madera de un solo tramo..............................
3.5. Apoyos de un puente (aspectos estructurales)...............
Págs.
1
1
2
2
4
4
5
6
24
27
39
42
42
44
45
50
54
208
Nombre de la Práctica
INFRAESTRUCTURA VIAL
(Codigo I-4)
I. INTRODUCION
1.1. DESCRIPCION
La infraestructura víal a que se refiere el presente manual comprende caminos
de acceso o trochas carrozables y pequeños puentes, que hacen posible la
integración física de diferentes poblados o caseríos del ámbito rural, a través de
una vía principal o carretera, complementando el sistema vial de la microregión.
Por la sencillez de su construcción y las y las condicones en las que sos
ejecutados, los pequeños caminos del ámbito rural no siguen rigurosamente las
Normas Peruanas para el Diseño de Carreteras, siendo construidos a mano o con
ayuda de un pequeño tractor, mejorándose su trazo en forma paulatina según la
disponibilidad de mano de obra y recursos.
La mano de obra generalmente es proporcionada por los mismos beneficiarios.
Así mismo los puentes a que se hace referencia son de pequeño tonelaje
(máximo caraga tipo H-10), y generalmente construidos de piedra labrada y en
forma de arco para salvar pequeñas luces, o de estribos de mampostería o
concreto ciclópeo que soportan un tablero de madera, con vigas del fierro.
El rol que cumplen estas pequeñas vías de acceso es sumamente es sumamente
estratégico, pues permiten enlazar los lugares más remotos, integrando a las
poblaciones rurales que muestran alto grado de dispersi6n, haciendo posible que,
a través de ellas, se mejoren sustancialmente las relaciones de intercambio
comercial, cultural y de otros servicios.
209
1.2. ORGANIZACIÓN DE LA POBLACION
Generalmente todos los pobladores del ámbito rural son conscientes de la
importancia que tienen los caminos de acceso hacia sus localidades, pues el
aspecto vial es una de las principales preocupaciones sentidas que ponen en
conocimiento de todo funcionario del gobierno que llega a visitarlos, o mediante
trámites directos que realizan en la capital de Departamento y/o memoriales que
hacen llegar a las autoridades del nivel nacional.
Por lo tanto la motivación y organización de la población para la ejecución de
trabajos de infraestructura vial resulta una tarea relativamente sencilla, en
comparación con otro tipo de proyectos de desarrollo como por ejemplo los de
tipo conservacionista.
El SESA coordina estas actividades a través del Comité Ejecutivo y el
respectivo Sub-Comité Especializado de la comunidad (1).
1.3 PLANIFICACION DE ACTIVIDADES
Él técnico encargado de la InstituciÓn promotora, en este caso el SESA, es el
que ejecuta las actividades previas de planificación. En relación al trazo y
diseño, el presente manual explica las técnicas a seguir.
Paralelamente a la organización de la población, se deberá coordinar con los
interesados, sobre la cantidad de mano de obra que dispondrán la comunidad o
comunidades participantes, permitiendo la organización de comisiones que
tendrán a su cargo distintas tareas, tales como: la preparación de estacas, apoyo
en el trazo, limpieza del terreno, eliminación de desechos, movimientos de
tierra, acopio del material, etc.
Así mismo se coordinará la cantidad y tipo de herramientas y equipo disponible,
así como los turnos de trabajo, de manera que el cronograma de ejecución sea
compatible y no interfiera con sus actividades en el campo o labores domésticas.
___________________________________________________________________________________________
(1) Para mayor información, consultar el Manual J-2
210
También será necesario hacer un reconocimiento de las posibles canteras para el
abastecimiento de materiales de construcción, y planificar el momento oportuno
y las actividades para su explotación. ,
Para la ejecución de estas acciones, generalmente se suscriben convenios o
compromisos, donde se especifican los aportes de la(s) comunidad(es), así como
de la Institución promotora. La iniciativa generalmente parte de la propia
comunidad, porque quieren de esta manera formalizar el compromiso para
ejecutar una obra muchas veces ofrecida (generalmente por los políticos) y
nunca cumplida.
211
II. CAMINOS
2.1 . INTRODUCCION
A. Descripción
De acuerdo a las Normas Peruanas existentes, las carreteras pueden
corresponder al Sistema Nacional, al Sistema Departamental o al Vecinal y,
de acuerdo al servicio, pueden clasificarse en carreteras de 1ra. clase, 2da.
clase, 3ra. clase y trochas carrozables.
Es indiscutible que el trazo y construcción de las carreteras a que se hace
mención requiere de especialistas y representan costos muy elevados; su
estudio y construcción deben ser ordenados por el gobierno central o sus
representantes, previo financiamiento, en atención al desarrollo de las
políticas del propio gobierno.
Las carreteras, o más propiamente los caminos, que interesan al Servicio
Silvo Agropecuario son aquellos que no requieren de personal altamente
especializado para su estudio, y su construcción se hace a costo muy bajo
utilizando casi siempre la mano de obra de la comunidad. Se trata de caminos
peatonales o trochas carrozables que se irán mejorando conforme las
necesidades lo requieran y las.posi es lo permitan.
Estos caminos complementan el sistema vial existente en el país.
B. Condiciones para sus aplicación.
Las Normas Peruanas para el diseño de carreteras no tienen posibilidad de
aplicarse rigurosamente para la construcción de pequeños caminos en el
ámbito rural, y se toman sólo aquellos criterios que se ajustan a la realidad
rural campesina.
El trazo de caminos se hace bajo las siguientes premisas:
1º La obra deberá ser lo más económica posible y utilitaria de inmediato.
212
2º Las características técnicas del trazo deberén permitir ir mejorando la obra
realizada, sin necesidad de cambiar de lugar, utilizando siempre el trabajo
ya realizado.
3º El trazo no debe requerir personal altamente especializado, ni equipo
sofisticado, para que pueda llevarse a cabo.
4º La obra se realizará a mano o con ayuda de alguna maquinaria pequeña
(tractor de orugas) y debe tener los elementos mínimos que garanticen su
estabilidad y drenaje.
5º Las obras de arte que se requieran deberán ser las más económicas
posibles, aún a costa de interrupciones temporales del uso del camino. *(1)
6º El tipo de vehículos que circularán por la trocha es de tipo camioneta,sin
embargo en el futuro deberá esperarse el tránsito de vehículos mayores.
7º El número de vehículos que circulará inicialmente por el camino, es
relativamente pequeño y a baja velocidad.
2.2 . ESPECIFICACIONES PARA EL TRAZO
Teniendo en cuenta las premisas
especificaciones para el trazo:
anotadas,
podemos
dar
algunas
1º El trazo se fectuára usando instrumento muy simple, tales como: jalones,
cordel, "A" de nivelación, nivel de carpintero o manguera transparente (2).
En caso de ser posible se usará "Eclímetro".
________________________________________________________________________________________
*(1) El Capítulo III del presente manual trata sobre pequeños puentes para caminos; para otras obras de arte
como alcantarillas y muros de contención, consultar los manuales H-8 e I-3 respectivamente, sobre canales de
desviación, consultar el Manual H-3
(2) Para mayor información, consultar rl manual I-1
213
2º La técnica del trazo consistirá solamente en trazar una línea de gradiente en
el terreno a media ladera, o los alineamientos requeridos en terreno plano o a
campotraviesa.
3º La pendiente máxima a utilizar será del 6% ( con la finalidad de que el
camino se pueda mejorar).
4º El radio mínimo de curvatura, en curvas de volteo será de 8.00 m.
5º El trazo se hará directamente en el campo, no se confeccionará planos
convencionales como requisito indispensable y sólo se documentará el trazo,
con la información básica que se detallará más adelante.
2.3 .TRAZOS DE CAMINOS
El trazo de un camino tiene las siguiente etapas
A. Reconocimiento previo del terreno.
B. Estudio de alternativas y selección de la mejor de ellas.
C. Estacado del trazo
A. Reconocimieno Previo
Se debe tener en cuenta que en general se trata de caminos de corta longitud
y que interesan a los pobladores del lugar, es decir quienes conocen en
detalle el terreno. El reconocimiento, del terreno consiste en que el técnico
encargado del trazo recorra el terreno en su totalidad, para tener una idea
cabal del problema que se pretende resolver.
Si se cuenta con ayudas convencionales, resultará muy provechoso efectuar
un análisis previo de las cartas geográficas (carta nacional 1/100,000) o de
las aerofotografías existentes.
En el caso de las aerofotografías, la inspección del modelo óptico del terreno
en el gabinete resulta más eficaz que la inspección física del terreno, en la
etapa de reconocimiento previo.
214
B. Estudio de alternativas.
El reconocimiento del terreno debe identificar los puntos obligados de paso,
tales comol ubicación de puentes, elección de algunos puntos iniciales del
camino, elección del punto de llegada del camino, paso obligado por algún
lugar especial o pasos no posibles, etc., asimismo perrmitirá determinar el
tipo del terreno por el cual será recomendable, o no, trazar el camino.
Con todos estos elementos de juicio se podrá plantear un conjunto de
alternativas que se deberán recorrer minuciosamente, haciendo todas las
observaciones pertinentes a: longitud, tipo de terreno, pendientes promedio
de laderas, tenencia de la tierra, presencia de obstáculos, necesidad de
alcantarillas, puentes y otras obras de arte, factibilidad de construcción,
presencia de canteras, etc. Las alternativas deberán analizarse y se tomará
una decisi6n final sobre la mejor o la más conveniente.
Generalmente, es recomendable contar con el apoyo de un profesional, para
que analice la alternativa elegida y haga las sugerencias del caso.
Al elegir la mejor alternativa se conocerá:
1º. Los puntos inicial, final y de paso obligado del camino.
2º. Las distancias aproximada entre los puntos importantes del camino y, si
fuera necesario y/o posible, los desniveles (este ú1timo aspecto requiere
contar con un altímetro).
3º Las zonas por donde pasará el camino.
4º Los terrenos (propietarios y características),por donde pasará el camino.
5º Las canteras posibles a utilizar en el afirmado del camino, así como
troncos de árboles y maderas en general que servirá para la construcción
de puentes y alcantarillas.
C. Estacado del trazo
Teniendo en cuenta la topografía de Cajamarca, el camino se trazará casi
siempre en terreno inclinado o a media ladera desde
215
Su inicio hasta el final, sin embargo puede encontrarse terreno plano. Las
técnicas de trazo varían según se trate de línea de gradiente en media ladera o
de alineamientos en terreno plano.
a. Estacado de la línea de gradiente en terreno a media ladera
El trabajo consiste en ubicar en el terreno cada 10 ó 20 m., estacas que
materialicen la línea de gradiente. Para ello se requiere de un grupo de
trabajo o briqada de trazo, conformada por.
- 1 Técnico o responsable del trazo.
- 3 Jaloneros (o wincheros).
- 1 Estaquero.
a.1 Equipo necesario
1 Wincha de 20 m. mínimo.
3 Jalones (o varillas que hagan sus veces).
1 Cordel.
1 “A" de nivealción, un nivel de carrpintero o una manguera
transparente
de 15m. mínimo.
- Pintura
- Estacas en número necesario,de acuerdo a la longitud aproximada de
trazo (si el estacado es cada 20 m. en un kilómetro habrá necesidad
de
50 estacas de 2" x 2" x 0.60 m. de longitud, sin considerar las
necesarias
para curvas y otras auxiliares).
a.2 Inicio del trabajo
El trabajo se inicia clavando la primera estaca del camino, que
corresponderá al extremo exterior del mismo. El técnico responsable del
trazo deberá decidir la pendiente que tendrá el camino. positiva
(ascendente) o negativa (descendente), no pudiendo superar el 6 %; así
216
mismo se deberá decidir la longitud entre estacas, que generalmente será
de 10 m.
Suponiendo
que se
tuviera que trazar la línea de gradien-
te positiva usando una pendiente de 4%; es deir que en 10m. de longitud,
entre estacas deberá haber un desnivel de :
100
4
=
10
X
X = 40 = 0.40 m = 40 cm.
100
El primer jalonero coloca el jalón en la primera estaca. El extremo inicial
del cordel ha sido amarrado en el jalón a una altura de 1.50 m (altura que
se escoge arbitrariamente). El segundo jalonero ha amarrado el extremo
final del cordel el, que tiene una longitud de 10 m. tensado (comprobado
con wincha), a una altura de 1.50 – 40 = 1.10 m.
El segundo jalonero irá apoyando el jalón en el aterren, tensando el cordel
y describiendo un arco de círculo cuyo centro es la estaca anterior
buscando que el cordel llegue a tener una posición horizontal, lo cual se
comprobará con el nivel de carpintero, colocándolo encima del centro del
cordel (rozándolo, sin apoyarlo). (1).
El segundo jalonero se encargará también de sujetar el extremo final a
wincha (el extremo inicial lo sujeta el primer jalonero), de tal manera de
ir comprobando que la distancia entre jalones sea de 10m.
Una vez que se ha comprobado la horizontalidad del cordel y la distancia
de 10m. el estaquero clavará la estaca en el lugar que señala el extremo
del segundo ja1ón y se repetirá el procedimiento sucesivamente.
El responsable del trazo irá modificando la pendiente (dentro de los
límites indicados) conforme se vaya requiendo. Es necesario tener en
cuenta que las variaciones de la pendiente no deben ser bruscas,
preferiéndose que de un tramo a otro, la pendiente no sobrepase el 1 %.
_________________________________________________________________________________
(1)
Nota: También se puede trabajar con la "A" de nivelación o con la manguera transparente en cuyo
caso la técnica se adecuará a lo descrito en el cápitulo 5 acápite 5.4, del manual I-1.
217
Es normal esperar que algunos tramos. del trazo, que se han estacado,
vue1van a estacarse con la finalidad de mejorarlos.
a.3 Curvas de Volteo
Un problema especialmente importante lo constituyen las curvas de
volteo. Ellas deben ser en menor número y debe elegirse con mucha
atención el lugar donde se construirán: corresponderá al lugar más plano
que sea posible encontrar. Faltando una distancia L (determinada más
adelante) para llegar al terreno donde empezará la curva de volteo, la
pendiente del trazo debe ser nula (horizontal); se llegará a la curva y se la
trazará íntegramente.
Para esto será necesario identificar el centro de la curva y, usando una
wincha cuyo inicio se ubique en dicho centro, se trazarán los arcos de
círculo que representan los extremos exterior e interior de la vía.
218
1º El responsable del trazo decidirá el punto de tangencia en el borde
INTERIOR de la curvatura y continuará trazando la línea de gradiente,
con pendiente nula (horizontal) hasta alejarse una distancia L de la curva
de volteo, en que podrá darle nuevamente la pendiente normel de la línea
de gradiente.
2º Debe observarse que se ingresa a la curva de volteo por el extremo
exterior, se sale de ella por el extremo interior. La diferencia entre ambos
es el ancho de la vía.
3º El ancho mínimo para el trazo de la vía en estas condiciones será de 4.00
m., debiendo incluir zonas más anchas (6.00 m. mínimo) cada cierta
longitud, para permitir el cruce de dos vehículos. Dicha distancia depende
de la frecuencia de transito que tenga la carretera, pues conforme aumente
el tránsito se deberá ir aumentando el número de las plazuelas de cruce. El
objetivo final consiste en ensanchar toda la carretera hesta un ancho tal
que permita el cruce de los vehículos en cualquier lugar.
4º El objetivo de acercarse y alejarse de la curva de volteo con pendiente
nula consiste en descontar el desnivel que tiene el extremo inicial y el
final de la misma por encontrarse a media ladera. Vista de perfil, la línea
de gradiente queda la siguiente maneras
219
5º El responsable del trazo deberá ubicar aproximadamante el P.C. en el arco
de cículo exterior, en la parte más baja y de allí trazar una línea
horizontal en el terreno hasta intersectar a la línea de gradiente ya trazada.
6º Asimismo, se ubicará el P.T. en la parte más alta del círculo interior y se
trazará una línea horizontal hasta intersectar a la línea de gradiente ya
trazada.
7º La línea de gradiente deberá volver a estacarse partiendo de la primera
intesección con la recta en el ecampo, siguiendo los alineamientos ya
conocidos en el campo, con la fiinalidad de llevar el conteo correcto de la
distancia.
a.3 Numeración de estacas
Es importante que la numeración de estacas se haga de tal manera que éstas
sean identificadas facilmente y a la vez permitan el control de las distancias.
Es conveniente numerar las estacas ki1ómetro por ki1ómetro y designarlos
con el número correspondiente a su distancia a partir del punto inicial,
expresado en decámetros (cada 10 m.); así por ejemplo:
220
Para construir la carretera en la curva de volteo será necesario hacer cortes y
rellenos que modificarán totalmente las líneas de referencia que se han usado
para su trazo.
El control de la longitud del trazo, en la curva de volteo, deberá hacerse en el
eje (centro) de.la carretera, para lo cual, después de haber trazado la línea
exterior como la interior, se estacará cada 5.00 m. el eje, partiendo del P.C.
(principio de curva) y terminando en el P.T. (punto de tangencia). Estas
estacas se ubican en el terreno y es necesario medir sus desniveles, para en.
contrar el desnivel total de la curva de volteo; con ese dato, escoger la
longitud de la línea de gradiente con pendiente nula.
En el Cuadro NQ 2.1 se ha tabulado la longitud "L" mínima que deben tener
los tramos antes y; después de la curva da volteo, con pendiente nula.
221
Al tomar la longitud "L" horizontal, antes y después de la curva de volteo, se
garantiza que, después de construida la carretera,resulte con pendiente uniforme
en toda la longitud, siempre que dicha pendiente se mida en el eje central del
camino.
Otra manera de tratar en el campo una curva de volteo, consiste en
1º Trazar la línea de gradiente sin variación de pendiente, hasta llegar al
extremo de la curva de volteo propuesta (punto M).
2º Invertir el sentido del trazo en este punto y continuar trazando la línea de
gradiente de llegada.
De esta manera, en el terreno queda dibujado un ángulo agudo con vertice en
M. (Fig. 2.4)
3º Partiendo de M, trazar la bisectriz del ángulo formado y medir en dicha recta
el radio exterior, ubicando de esta manera el c. c. (centro de curvatura).
4º A partir de c.c., replantear el círculo que determina el radio exterior (que pasa
por M.), el radio interior y el radio del eje.
222
222
223
- Cálculo del volumen de tarrenlo a cortar
Para efectuar el cálculo es necesario analizar previamente las áreas de corte y
de relleno en cada sección. Se parte de la premisa de que el volumen de corte
debe compensar el volumen de rrelleno para lograr de esa manera mayor
economía en la obra. El volumen de relleno tendrá un talud que dependerá de
la inclinación que tenga el terreno natural, del ancho previsto para el camino y
de las características del material con el cual se hará el relleno.
Una misma inclinación del terreno natural se puede presentar en roca f'irme,
roca suelta, tierra f'irme o tierra suelta, debiendo en cada caso clasificar los
materiales por tramos del camino, de tal manera que el érea de corte sea igual
al área de relleno.
224
En el caso de talud de corte 1: 1, que coincide con el talud de relleno, el área
de corte es equilibrada con la de relleno y la estaca reperesenta el punto medio
de la plataforma. En el caso de taludes de corte más parados para que el área
de corte sea igual a la del relleno es necesario desplazar a la plataforma hacia
adentro; es decir, cortar más tereno para compensarlo con el relleno necesario.
En el cuadro Nº 2.3 se muestra el valor de "x" que compensa el área de corte
con el área de relleno, para diversos valores de θ, el valor de “x” se muestra
como fracción del ancho "b" de la plataforma; b = l.
Para utilizar los datos del cuadro siguiente se selecciona material, luego se
selecciona la inclinación del terreno y se obtienen los valores de x, A y d.
Dichos valores se multiplican por el ancho "b” de la pla taforma, con lo que se
obtienen los valores necesarios pa ra el trabajo.
Un valor aproximado del volumen de corte en el área de influencia de cada
estaca se puede encontrar mediante la siguiente fórmula:
225
226
De acuerdo al cuadro Nº 2.3
para : R.S. y θ = 30º - - - - - - - A = 0.117
Ac= 0.117 x 5 m.
Vc= 0.117 x 5.00 x 20 =
11.7 m3
Es muy importente conocer el volumen de corte para efectuar el análisis de
costos.
En el cuadro Nº 2.3, también se puede encontrar el valor de "d" para cada caso,
lo que llevado al terreno permite identificar el punto de inicio del corte del
terreno (rayado del terreno).
Ejemplo 2
Hallar el punto de inicio del corte del. terreno de la misma estaca del ejemplo
anterior.
Solución :
Según el cuadro 2.3
d = 0.792
Siendo b = 5
dc = 0.792 x 5.00 = 3.96 m.
Luego el rayado del terreno se hará a 3.96 m. de la estaca Nº 20, medido en el
terreno inclinado.
227
b. Estacado del trazo en terreno plano ( o casi plano)
Cuando el terreno en el cual se va a construir un camino es plano o casi plano
(ondulado), no debe efectuarse el trazo utilizando línea de gradiente sino que
deben decidirse alineamientos rectos (con pendientes no mayores al 6 %) y
unir dichos alineamientos mediante curvas horizontales.
Los alineamientos se trazan utilizando jalones y wincha, de acuerdo al
capítulo 5.4-B del Manual I-1 y las curvas horizontales se determinan de la
manera indicada en las páginas 8 a 12. del presente manual.
Las estacas se clavarán a espaciamientos de 20 m. y en este caso las
secciones transversales resultan casi horizontales. El diseño de la carretera
casi siempre implica material de préstamo; es decir que es necesario
transportar material de otros lugares (canteras) para afirmar el camino. No es
recomendable efectuar grandes rellenos ni grand.es cortes, por razones
económicas principalmente.
Deberá medirse el desnivel de estaca a estaca con la finalidad de ir
controlando la pendiente del camino; para medir dicho desnivel se podrán
emplear cualquiera de los métodos señalados en el capítulo 5.4-A del Manual
I-1.
En tramos cortos, la pendiente del camino puede superar el 6 % y llegar
incluso al doble, pero siempre que se trate de casos verdaderamente
excepcionales, en trarnos cortos y que antes y después del tramo forzado la
pendiente del camino sea normal.
El trabajo de campo consiste en identificar en primer lugar a los P.I. (puntos
de intersección) en el terreno y materializarlo mediante estacas clavadas en el
suelo. Los P.I. se escogerán como consecuencia del reconocimiento previo
del análisis de alternativas y elección de la mejor de todas ellas.
El responsable del trazo se ubicará en el primer PI y usando un ja1ón
determinard una línea de mira hacia el siguiente PI,
228
en el cual se coloca otro ja1ón. Dos wincheros se encargarán de ir estacando el
alineamiento siguiendo las órdenes del reponsable del trazo. El primer winchero
simplemente colocará la wincha en ceros en la estaca ya clavada; el segundo
winchero, portando un ja1ón y el otro extremo de la wincha (a una distancia de
10 ó 20 m.), se encargará de determinar la ubicación de la siguiente estaca. El
ja1ón perfectamente vertical deberá describir un arco de círculo teniendo como
centro a la estaca anterior y como radio a la wincha misma; el responsable del
trazo se encargará de determinar el alineamiento correcto.
Una vez ubicada la siguiente estaca, se repetirá el procedimiento sucesivamente
hasta llegar al siguiente PI.
Puesto que las indicaciones son transmitidas a viva voz o mediante señas
convencionales y que la visual del alineamiento requiere observar
simultáneamente a los 3 jalones en juego, la separación entre PI y PI no debe ser
excesiva, siendo requisito indispensable que de cada PI al siguiente exista visión
directa. En el caso especial de que de un PI al siguiente escogido en el campo no
exista visión directa, lo más recomendable será usar uno o varios PI intermedios,
a pesar de agregar en cada PI una curva adicional al trazo.
Cuando se dispone de equipo topográfico de precisión, tal como teodolito,
diatanciómetro, etc, sí es posible trazar una línea recta que una a dos PI que no
tienen visión directa, para lo cual es necesario colocar estaciones intermedias
provisionales y medir las caracteristicas de la poligonal auxiliar as! determinada:
229
Por ejemplo sean PIl y PI2 los puntos inicial y lineal de un alineamiento que se
desea obtener en el campo, pero no existe visual directa entre ellos. Para hacer el
trazo se han ubicado dos estacas auxiliares M y N, y usando instrumentos de
precisión se han medidos dl; d2 y d3 (con wincha o distanciómetro) y ∝1 y ∝2
(con teodolito).
El objetivo de la poligonal auxiliar consiste en calcular el ángulo ∝ , que forma
el alineamiento auxiliar PIl - M con el alineamiento buscado.
Resulta muy fácil demostrar que :
, puesto que
todo el segundo miembro de la fórmula es conocido el ángulo ∝ se calcula como
∝. = arc.tg ∝ .
Usando el teodolito y centrado en ceros hacia el alineamiento provisional, se
puede medir el ángulo ∝ con lo cual se ob tiene el alineamiento deseado.
El método expuesto no puede aplicarse si no se cuenta con instrumento de
precisión; sin embargo pueden obtenerse resultados aceptables utilizando
solamente, wincha y midiendo los ángulos con ella, usando los métodos
expuestos en el capitulos 5.2 del Manual I-1.
230
Habiendo resuelto de una u otra manera el problema de las visuales, se deberá
estacar el alineamiento, debiendo numerar las estacas según su distancia, hasta
llegar al siguiente PI.
Normalmente, el PI no coincidirá con una estaca de numeración entera,
debiendo medirse la distancia desde la ú1tima estaca clavada al PI.
El siguiente paso consiste en determinar el ángulo de cambio de dirección de los
alineamientos, que concurren en el PI.
Para ello será suficiente emplear la wincha. Averiguado el valor del ángulo θ, se
procederá a determinar el valor del radio de curvatura de la curva que enlazará
los dos dos alineamientos. Por estar en terreno plano, la curva puede ser
generosa, no debiendo ser menor a 90m. Después de obtener un valor del radio
se procede a calcular los valores de los parámetros de la curva y a replantearla
en el campo de acuerdo al procedimiento que se describirá posteriormente
(Acápite 2.5 del presente manual).
231
2.4 .CONSTRUCCION DE CAMINOS
La construcción del camino tiene varias partes entre ellas:
- Limpieza del terreno
- Excavaciones.
- Afirmado.
- Obras de arte.
A. Limpieza del terreno
Consiste er eliminar de la zona de trabajo todos los materiales orgánicos e
inorgánicos que puedan perjudicar el camino, tales como vegetación, árboles,
piedras sueltas, etc.
Generalmente la limpieza se hace a mano; cabe destacar que la eliminación
de árboles se debe hacer incluyendo las raíces de los mismos, puesto que, si
no se eliminan, se pudrirán y afectarán al camino. Se debe tener cuidado con
las edificaciones que queden hacia abajo de la carretera, puesto que pueden
ser afectadas por el rodamiento de piedras.
La limpieza del terreno en la parte de relleno, se debe hacer formando
terrazas y no formando superficies uniformes.
B. Excavaciones
Las excavaciones a media ladera se harán a mano o a máquina.
La tácnica consiste en excavar la parte de corte e ir efectuando el relleno con
el
mismo
material.
El
relleno
se
deberá
acomodar
y
232
Compactar conforme el trabajo avance. La excavación se debe iniciar en la
línea de gradiente (estaca) y se debe ir haciendo el corte desde abajo
(excepción hecha si la altura de corte es muy grande, en cuyo caso debe
hacerse por niveles).
Habiendo llegado al punto previsto de la excavación, se deberán perfilar los
taludes del terreno, eliminando toda piedra suelta o terreno removido,
dejando sólo la parte estable.
C. Afirmado
El afirmado del camino tiene por finalidad proporcionar una capa de material
estable a la humedad para evitar la formación de barro, sobre todo en la
época de lluvias, y mantener el camino en posibilidad de uso. El material de
afirmado se obtiene generamente de canteras.
Al momento de efectuar las excavaciones, es posible encontrar zonas de las
cuales se puede obtener material pedregoso; el material de afirmado debe ser
bien graduado y contener piedras no demasiado grandes, éstas deben ser
máximo de 6" de diámetro.
Puesto que las características del terreno son muy variadas, el espesor del
material de afirmado será variable, pudiendo ser de unos 0.20 ó 0.30 m. en
los terrenos estables; de unos 0.50 m.ó más en los terrenos pantanosos o muy
húmedos. En este caso se deberán usar piedras de diametros mayores para
estabilizar el terreno ( enrocado).
233
La acción de afirmar el terreno deberá plantearse por etapas, en átención al
costo que significa. Luego de cada tiempo transcurrido o de cada período de
lluvias, se deberá agregar afirmado a aquellas partes deterioradas.
Se debe tener presente que una carretera en media ladera significa romper el
equilibrio de la naturaleza y por consiguiente se pueden esperar
asentamientos, deslizamientos, huaycos, etc, que pueden obstruir la carretera;
por tanto no se debe pensar que la carretera quedará estable luego de ser
cortada, sino que se debe ir buscando su equilibrio, en concordancia con la
propia naturaleza y actividades complementarias: forestación, buen drenaje,
etc.
D Obras de arte
Con el nombre de obras de arte se conocen a todas aquellas obras que
complementan el camino y que permiten su conservación. Dentro de ellas
están: puentes, alcantarillas (1) Y muros (2); se ejecutarán de manera
especial, siguiendo las recomendaciones que para cada caso se indiquen.
El drenaje de agua de lluvias es muy importante en una zona como
Cajamarca, sobre todo en los meses de diciembre, enero y febrero;
igualmente en otros lugares donde la precipitación pluvial es intensa.
El agua que cae en la parte superior del camino tiende a "lavar" el talud de
corte, pudiendo provocar su deslizamiento; se evita
este problema
construyendo una cuneta de coronación que diste unos 2.00 m. del extremo
del talud, para que recoja las aguas de escorrentía y las conduzca hacia las
alcantarillas que se di señarán y construirán en la carretera.
______________________________________________________________________________________________
(1) Para alcantarillas, consultar el Manual H-8 '"Alcantarillas"
(2) Para Muros de Contención, consultar el Manual 1-3; "Estructuras Básicas y Equipamiento General", Cap. 1.0.
234
El agua que cae encima del camino deberá escurrir perpendicularmente al
mismo, para lo cual el camino tendrá una superficie combada en el centro
que proporcione pendientes no memores de 1% del centro hacia los costados.
El agua que escurre, hacia el talud de relleno puede ocasionar el lavado del
material, en cuyo caso se deberán estabilizar los taludes en riesgo mediante
piedras.
El agua que escurre hacia el talud de corte deberá caer hacia una cuneta que
normalmente tiene la forma triangular de 0.50 a 1.0 m de ancho por 0.50 de
profundidad. Esta cuneta tendrá pendiente conjuntamente con la carretera y
conducirá el agua en tramos relativamente cortos hacia las alcantarillas.
Es muy común descuidar el drenaje de agua en los caminos, siendo una de
las causas principales que inciden en un costoso mantenimiento.
2.5 REPLANTEO DE CURVAS
El replanteo de una curva consiste en dibujar en el campo, mediante estacas, las
características fundamentales de de la mismas:
235
235
- Alineamiento de llegada a la curva; es el alineamiento que queda antes de la
curva, siguiendo el sentido del trazo en el campo.
Está materializado en el terreno por estacas colocadas cada 10 ó 20 m.
- Alineamiento de salida; es la dirección del camino que continúa recto despúes
de la curva. La curva sirve precisamente para enlazra de una manera suave la
dirección de llegada con la de saida.
- PI.= Punto de intersección; es el punto en el cual se intersectan ambos
alineamientos; puede quedar en una estaca de numeración entera o no.
- PC.= Principio de curva; es el punto de tangencia entre la curva circular y el
alineamiento de llegada. Dista una longitud LT del PI, conocida como longitud
de tangente.
- PT. = Punto de tangencia; es el punto homólogo al PC., en el ali-
236
neamiento de salida.
- CC = Centro de curvatura; es e1 centro geométrico de la curva; se obtiene
intersectando 1as perpendiculares a los alineamientos de entrada y salida,
trazadas desde el PC. y al PT., respectivamente.
- ∝ = Angulo de intersección; es el ángulo en el cual cambia de dirección el
alineamiento de salida con respecto al alineamiento de entrada.
- Lc.= Longitud de curva; es aquella 1ongitud medida desde el PC. Hasta el PT.
- E = Externa; es la 1ongitud desde el PI hasta el punto de la curva que queda en
su centro.
- R = Radio de curvatura; es la distancia que existe entre el cc. y el PT. o
cualqueier otro punto de la curva. Los radios de curvatura suelen ser grandes,
por lo cual a veces no es posible encontrar en el terreno el centro de curvatura.
- c = Cuerda, la distancia recta entre el PC y PT.
- Lc = Longitud que existe entre PC; PT.
A. Relaciones geométricas
En toda curva se cumpln las siguientes relaciones:
B. Planteamiento del problema
En el trabajo de campo, cuando se tiene un terreno plano o casi plano, se
conocen los alineamientos de entrada y .salida y el punto de intersección; se
conoce además (o se puede conocer) el ángulo de intersección.
237
El responsable del trazo debe decidir el radio de curvatura autilizar y una vez
decidido, deberá calcular
- La longitud de la tangente
- La longitud de 1a curva.
- La longitud de la externa.
- Las coordenadas de las estacas de la curva.
C. Solución del problema en el campo
La solución del problema en e1 campo se puede plantear de diversas
maneras, la más común es utilizando un teodolito, manejado por un Ingeniero
o Topógrafo.
Sin embargo, es posible replantear la curva, con una precisión menor pero
satisfactorio para la necesidad del trabajo, utilizando instrumentos muy
simples al alcance de muchas personas, tales como jalones, cordel y wincha.
Se requiere además, una tabla do valores naturales (funciones
trigonométricas), o una calculadora do bolsillo que cuente con dicha
información.
El responsable del trazo deberá medir el ángulo de intersección, utilizando el
método indicado en el Capítulo 5.2 del Manual I-1 (Mediaciones de Angulos
con Wincha).
Conocido el valor del ángulo, se procederá a calcular:
- Longitud de la tangente : LT = RTg ∝
2
- Longitud de la curva
: LC = 2πr x ∝
360
1+Tg 2 ∝
2
- Longitud de la cuerda : c = PC- PT
- Longitud de la externa: E = R
- R
Conocidos estos valores, se procede a efectuar los cálculos siguientes:
1ero. La estaca del PI tiene una numeración en base al estudio que se viene
haciendo en el alineamiento de entrada, por ejemplo PI = 63 + 4.60
(634.60 m.).
A la estaca del PI se le resta la longitud de la tangente,
238
con lo cual se encuentra la numeración del PC.
2do. A la estaca del PC. se le agrega la longitud de la curva, con lo cual se
encuentra la numeración del PT, del cual se continuará estacando el
alineamiento de salida.
3ero. Conocida la numeración del PT, es posible continuar con el estacado
del eje de salida, para lo cual es necesario ubicar la estaca de
numeración entera inmediata siguiente al PT y continuar luego en
forma normal el estacado.
Por ejemplo, el (PI) de 1os alineamientos es la estaca 63 + 4.60, y el
ángulo de intersección es de 23º. Se ha decidido usar una curva con
radio igual a 100 m. y se desea replantearla.
Solución:
23° .
LT = 100 tg ------ = 20.35 m.
2
Lc = 2πR x 23 = 40.12 m
360
1+Tg 2 ∝ - R = 2.05 m
2
El número de la estaca PC= 634.60 – 20.35 = 614.25 < > 61 + 4.25
E=
R
Número de estaca del PT = 614.25 + 40.12 = 654.37 < > 65 + 4.37
Desde el PC (61 + 4.25) hasta el PT (65 + 4.37) existen las
siguientes estacas de numeraci6n enteras 62, 63, 64, 65, que deben
ser ubicadas en el terreno.
D. Ubicación de las estacas enteras de la curva
Existen varios métodos para lograr este objetivo, veamos los más usuales.
239
240
241
242
Para facilitar el trabajo en el campo, se requiere de:
- Un jalonero ubicado en el PC {que será el responsable del alineamiento de los
puntos ubicados en la cuerda.) .
- Un jalonero (o un jalón clavado) en el PT, que sirve como señal de referencia
para el alineamiento.
- Un estaquero que además colocará en ceros la wincha en cada estaca clavada.
- Un jalonero que ubicará los puntos sobre la cuerda.
- Un jalonero que ubicará las estacas de la curva.
En el campo se conocen el PC y PT, la primera acción consiste en ubicar estacas
provisionales, sobre la cuerda PC -PT (o mejor dicho en el alineamiento PC PT) que representan las estacas 62', 63`, 64' y ó5', para lo cual se usan jalones y
wincha (es decir, replantear los valores de X). Ubicadas estas estacas
provisionales, se procede a ubicar las estacas definitivas.
- Estaca 62
Se toma la wincha con ceros en el PC y se identifica la lectura correspondiente
a la longitud de la del arco (5.75 m.) y a esta longitud se le agrega el valor de
"Y" (0.983). 5.75 + 0.983 = 6.733.
Esta nueva lectura se hace coincidir con la estaca provisional 62’ y sosteniendo
la wincha en la lectura 5.75 se tensa y queda ubicada la estaca 62.
243
- Estaca 63
Se parte de la estaca 62 que se acaba de encontrar; la wincha se coloca en ceros
en dicha estaca, se busca la lectura correspondiente a 10 m. (distancia entre
estacas) y a la misma se le agrega la lectura del "Y' de la siguiente estaca
(1.914). La lectura 10 + 1.914 = 11.914 se ubica en la wincha y se hace coincidir
con la estaca provisional 63'. Se tensa la wincha cogida de la lectura 10 y se
encuentra la estaca 63.
244
Usando la wincha con ceros en el PC, se ubica un punto auxiliar en el
alineamiento PC -PI y a una distancia igual a "S" (S = 5.75), debiendo clavarse
una estaca provisional. A la lectura de la wincha S, se le agrega el valor de
∆ = 5.75 + 0.165 = 5.915, y dicha lectura se hace coincidir con la estaca
provisional que se acaba de colocar.
La wincha se tensa hacia el interior de le curva sujetando la lectura S (5.75),
con lo cual se determina el punto 62.
- Ubicación del segundo punto (estaca 63 )
El segundo punto se ubica de manera similar al primero, con la diferencia de
que el valor de S serás
5.75 + 10 = 15.75
∆
=
(15.75)2 = 1. 24 m.
2 x 100
Se sostiene la wincha con ceros en el PC, se identifican las lecturas :
15.75 y 16.99 (15.75 + 1.24); la segunda lectura se hace coincidir con el
punto auxiliar provisional, previamente ubicado en el alineamiento PC - PI a la
distancia 15.75 del PC y tensando la wincha se obtiene el punto 63.
- Ubicación de los siguientes puntos
Para ubicar las siguientes estacas, se coloca un ja1ón en la estaca 62, otro en la estaca
63 y se prolonga el alineamiento para determinar un punto auxiliar de referencia ubi-
245
cado a una distancia S (10 m.) del punto 6,3. Ubicado dicho punto, se clava una
estaca provisional.
= 10 2
= 1 ; y se le agrega
Se calcula el valor, S' = S2
R
100;
El valor de S (10 + 1.00 = 11.00). Se hace coincidir la lectura de la wincha
(11.00) con la estaca provisional y se tensa de la lectura S (10 m.) hacia el
interior de la curva, con lo cual ubica la estaca 64.
El método se repite usando las estacas que se van encontrando, hasta ubicar
todos 1os puntos de la curva.
246
USO DE LAS NIVELETAS
Las niveletas son instrumentos muy simples de madera que se utilizan para
controlar la nivelación de supericie de los caminos du rante su construcción.
Consiste en una “T" de madera liviana, de las dimensiones anotadas en la figura
con un espesor de 1/2".
Para trabajar con niveletas se requiere un juego de 3 unidades.
Se trata de dar al camino una pendiente uniforme que partiendo del punto A, se
dirija al punto B, y se requiere determinar en qué lugares se debe cortar el
terreno y en cuales otros se necesita rellenar.
El operador, sujetando la niveleta de tal forma que la parte superior quede
horizontal, se encarga de mirar directamente encima de ella y hacer coincidir el
extremo superior de la otra niveleta de referencia, determinando una visual
paralela a la superficie del
247
terreno (camino) que se desea lograr.
La tercera niveleta se ubicará en cada punto donde se requiera comprobar su
altura, existiendo tres posibilidades:
a) Que el punto tenga la altura adecuada.
b) Que el punto requiera corte.
c) Que el punto necesite relleno.
Si el punto tiene la altura deseada o adecuada, no hay problema.. Si el punto
requiere corte, deberá hacerse un hueco en el terreno y deberá ir colocándose la
niveleta, hasta hacer coincidir con la visual. El procedimiento se realiza por
tanteos. Cuando ya se tiene la posición correcta, entonces se nivela bien el fondo
del. hueco excavado, (el diámetro del hueco será de unos 0.20 m.), se hace un
poco de yeso o de cal y se agrega un poco de terreno excavado.
El corte del terreno se hace en general a máquina y el tractor, efectuará el corte
hasta que aparezca en la explanación una mancha blanca de yeso o cal,
indicando que se ha llegado hasta la profundidad prevista.
Si el punto requiere relleno, entonces se clavará una estaca y se irá subiendo la
niveleta, pegada a la estaca, hasta lograr el nivel requerido. Se anotará dicho
nivel en la estaca. Puesto que en el momento del trabajo la estaca no es posible
mantener en su lugar (sobre todo cuando se trabaja con máquina), será necesario
referir dicha altura a puntos auxiliares ubicados fuera de la zona de trabajo.
Dichos puntos auxiliares se ubican en forma perpendi-
248
cular al camino; para tal efecto se usa la misma niveleta.
Conforme el trabajo va avanzando se debe ir comprobando la rasante (superficie
del camino) para detectar cualquier error.
Por su simplicidad, el uso de las niveletas no requiere del trabajo de personal
técnico o profesional, y su precisión es bastante satisfactoria para los caminos
que se realizan en .estas condiciones.
249
III. PUENTES
3.1 DESCRIPCION Y CLASIFICACION
Los puentes son estructuras que permiten cruzar cursos de agua, aunque también
se pueden usar puentes para cruzar vías y otros accidentes del terreno.
CLASIFICACION .
Los puentes pueden ser de albañilería de piedra, de madera, de concreto simple,
de concreto armado o metálicos.
Según su longitud pueden clasificarse en
a. Alcantarillas : Luces hasta de 2.00 m.
b Pontones
: Luces entre 2.00 a 4,00 m.
c Puentes
: Luces mayores de 4.00 m.
Un puente normalmente se compone del
A. Apoyos
Que a su vez pueden ser estribos y pilares. Los estribos son aquellos apoyos
en los extremos del puente que están en contacto con el terreno que limita el
cauce. Los pilares son apoyos dentro del mismo cauce.
B. Tablero
Es el elemento que sirve como sustento y superficie de rodadura para las
cargas que circulan sobre el puente. El tablero se sostiene sobre una
estructura determinada que se apoya sobre los estribos y pilares, pudiendo
existir otros elementos auxiliares de vínculo con los apoyos.
Desde el punto de vista estructural, los puentes pueden concebirse de
diversas maneras, tal como se muestra en la figura Nº 3.1
250
Los puentes que tienen interés para el SESA-CAJAMARCA son aquellos de
construcción sencilla y pequeña luz, que tienen posibilidad de ser construidos
utilizando los recursos existentes, tanto humanos como materiales (salvo el
fierro y el cemento que deben adquirirse y transportarse al lugar); pueden, en
este caso, ser puentes de uno o dos tramos, con estribos y pilares de
mampostería o de concreto cic1ópeo, tablero de madera soportado con vigas
del mismo material, de metal o de concreto simple o armado.
Los puentes de mayor envergadura deberán ser diseñados y construidos por
personal especializado; no se ajustan a los alcances del presente manual, por
lo que no se trata sobre ellos.
251
252
Las sobrecargas se deben al peso de los vehículos que van a transitar por el
puente. Debido a que los puentes se construyen en caminos de baja categoría, es
de esperar que los vehículos que que por él transitan sean de pequeño tonelaje,
diseñándose para soportar estas cargas tales como los que transmite un camión
H-10. No es conveniente sobredimensionar la estructura, previéndose diseños
como para camiones H-15 ó H-20, por el incremento de costos que suponen
Las cargas que trasmiten las ruedas al puente deben incrementarse en un 30%,
para incluir fuerzas de impacto en el diseño de losas y vigas de concerto. El
impacto no afecta a los estribos.
3.3 PUENTES DE PIEDRA EN ARCO
A. Generalidades
Los puentes de piedra en arco se han usado desde tiempos muy remotos; el
material que se usa es piedra labrada, de buena calidad resistente del lugar, y
como ligantes se puede emplear cemento, cal o arcilla.
Un puente de piedra requiere la intervención de mucha mano de obra y de
poco materiales extraños al lugar, por lo cual se
253
prestan para ser construido en las condiciones del campo; sin embargo el
lugar en el cual se construirá un puente de piedra debe ser determinado con
mucho criterio, pues de lo contrario se corre el riesgo de fracasar en la obra.
Un lugar adecuado para construir un puente es un lugar estable
preferentemente roca, de bastante profundidad y de luz libre relativamente
pequeña. Si el terreno es deleznable, los empujes laterales que genera el
puente pueden ocasionar grietas muy marcadas, e incluso hacer colapsar la
estructura. Si la profundidad del cauce no es lo suficiente, el puente de
piedra no se podrá construir, puesto que requiere un peralte bastante
considerable . Si se estrecha el cauce , se corre el peligro de fuerte erosión
como consecuencia del incremento de velocidad del agua; de empujes muy
grandes en los estribos, como consecuencia del represamiento; o de
obstrucciones totales, en cuyo caso el puente colapsará.
La luz libre que se puede cubrir con un puente de piedra, en las condiciones
de trabajo de Cajamarca y de la Sierra Peruana, es relativamente pequeña,
digamos unos 10 m.
254
Para un puente se usan arcos de círculo (existen arcos parabólicos, elípticos,
etc.) pudiendo describir medio círculo o un arco menor. Según el arco sea
medio círculo o un arco menor, las reacciones en los cimientos del puente
son cada vez más inclinados.
Precisamente, para que una estructura se defina como arco, es requisito que
las reacciones en los apoyos sean inclinadas.
Un arco de piedra es una estructura en la cual todos los elementos trabajan a
compresión, correspondiendo a los apoyos absorber las componentes
horizontales de las reacciones. De aquí se deduce la necesidad de contar con,
apoyos muy estables para diseñar un puente en arco, pues de lo contrario el
terreno cederá y el puente fallará.
B Construcción de un puente de piedra, en arco.
Para construir un puente de piedra, es necesario conocer previamente el radio
que debe tener y la longitud del arco.
Con estos valores es posible dibujar la forma del puente en un suelo plano y
diseñar la forma y tamaño que deberán tener las piedras.
Es recomendable que el ancho de las piedras sea de 0.20 m. como mínimo.
255
Teniendo dibujada en el suelo la forma de las piedras, o sea la plantilla, se
procederá a cortarlas y labrarlas, teniendo en cuenta que ellas se colocarán en
todo el ancho del puente, convenientemente trabadas.
Puesto que se conoce el número de hiladas del puente y el ancho, resulta muy
fácil calcular el número total de piedras necesarias.
Todas las: piedras son iguales, excepto algunas que colocan lateralmente y
que son de la mitad de longitud.
Cuando se tiene el número necesario de piedras labradas, se procede a la
construcción del puente, para lo cual:
1º. Se efectúa 1a la limpieza de la zona y la excavación de los cimientos.
2º. Se confecciona el encofrado del puente usando madera, tierra amontonada
(cuando el cauce está seco) o algún otro sistema. En los ríos de la sierra
que tienen un largo período de estiaje o se secan totalmente, es posible
usar como encofrado tierra amontonada, dejándole una pequeña abertura
en el fondo (cilindros metálicos o similares) para prevenir ocasionales
descargas o caudales mínimos.
3º.-Se acomodan las piedras del arco, de tal manera que traben
convenientemente. Si se dispone de cemento, las piedras se
256
asentarán con mortero de cemento-arena en proporción 1:4; si no se
dispone de cemento, entonces el material ligante que se use deberá tener
el menor espesor posible, con la finalidad de que siempre las piedras
queden en contacto entre ellas y el ligante sólo rellene los espacios vacíos.
También es posible acomodar las piedras sin usar ligante alguno; ello es
posible si las piedras están bien labradas y son uniformes.
4º. Las piedras del arco se acomodan de ambos lados, y de abajo hacia arriba.
La ú1tima hilada que se coloca es la correspondiente a la clave del arco
(parte más alta) comunicándole una cierta presión.
Una vez colocadas las piedras del arco, debe efectuarse el relleno encima
del mismo, para lo cual se colocan las piedras laterales en forma similar a
un muro y el interior se rellena con una mezcla de piedras, cascajo y barro
o arcilla compactada. El relleno se debe realizar totalmente.
5º Una vez terminado el relleno del puente, se procede a retirar el encofrado
o la tierra acomodada. Es preferible que se comience a retirar en la parte
central; el desencofrado puede ser rápido.
Es de esperar que el puente se asiente un poco para que comience a
trabajar como es debido; pues si no se deforma no puede trabajar, pero
hay que cuidar que la deformación sea uniforme y que no ocasione
desequilibrios.
6º.- Desencofrado totalmente el puente, se procede a colocar la superficie de
rodadura, la cual es generalmente de piedra. Con ello el puente queda listo
para soportar cargas grandes durante mucho tiempo. El relleno del puente
encima de la clave (parte más alta), no debe ser menor a 0.40m.
Cuando no sea posible usar piedras labradas, se puede construir puentes
en arco de concreto cic1ópeo. En este caso se requiere un encofrado de
madera que permita contener tanto el fondo como las partes laterales.
257
El concreto a usar será de buena calidad (fc`175 kg/cm2. mínimo); la
mezcla deberá ser un poco seca y la piedra que se use no sobrepasara el
30%, debiendo quedar totalmente embebida en concreto. Primero se debe
vaciar una capa de concreto y luego agregar las piedras y apisonarlas
hasta que se sumerjan completamente.
El puente de concreto ciclópeo no deberá desencofrase antes de 28 días de
vaciado, excepción hecha para las partes laterales que se pueden
desencofrar a los 3 ó 4 días.
258
A Metrado de cargas
a. Peso de tablero de rodadura:
75 x 0.05 x 2 1.00 x 1000 = 75 kg/m. lineal de puente.
b. Peso de tablero de distribución:
4.00 x 0.10 x 1000 = 400 Kg/m. lineal de puente.
c. Peso propio de vigas: consideramos vigas de :
∅= 10” ( 25 cms.)
Si las vigas se colocan juntas, entran 4 x ml. de ancho del puente; para un
ancho de 4.00 m entran 16 vigas.
- Peso de cada metro lineal de viga:
πD2 x 1000 = 49 Kgs.
4
- Peso de las 16 vigas por m.l. de puente :
49 x 16 = 784 kgs.
Total peso propio = 1,260 kg/ m. lineal de puente.
d. Carga Viva
Peso del camión : 8 tn en llanta posterior y 2 tn en llanta delantera,
ubicada a 4.30 m:
B. Esfuerzos.
Análisis de momento flectores
Para analizar los momentos flectores actuantes, consideramos que la luz libre
del puente es de 6 m (como ejemplo)
Momento debido a la carga muerta =
Wl2 = 1,260 x 62 = 5,760 kg-m
8
8
Momento debido a la carga móvil; consideramos una posición muy
desfavorable del vehículo:
259
Momento debido a la carga 8 tn.
M = PL = 8000 x 6 =
4
4
12,000 kg - m.
El momento actuante generado por la carga móvil puede distribuirse en todas
las vigas del puente o puede considerarse que sólo una parte de ellas absorbe
dicho efecto. Es una buena práctica considerar que el peso del vehículo va a
afectar tan sólo a las vigas ubicadas en un ancho de 1.25 m. debajo de cada
llanta o grupo de llantas, o sea que el peso total del vehículo será absorbido
por las vigas ubicadas en un ancho de 2.5 m. del puente.
Bajo la hipótesis expuesta, podemos encontrar el momento total actuante en
una viga del puente.
a. Momento debido a cargas muertas =
= 354 Kg-m
5,670
16 vigas
b. Momento debido a la carga móvil :
12,0000 kg. = 1,200 kg-m
10 vigas
c. Momento máximo total = 354 + 1,200 = 1554 Kg-m.
C. Diseño de las vigas de madera
(Diseño por flexión)
Resolviéndose de acuerdo al acápite "Diseño de Vigas de Madera de un solo
Tramo, simplemente apoyados"; considerando vigas circulares (troncos);
tendremos :
M máx. = 155,400 Kg-cm.
M =
π σTR3
4
R=
3
4M
πσT
260
261
261
3.5 APOYOS DE UN PUENTE:
(ASPECTOS ESTRUCTURALES)
Un puente tiene apoyo laterales llamados Estribos y puede tener apoyos
intermedios llamados Pilares. El el caso de puentes de un solo tramo; tan só1o
llevan estribos.
Existen muchos tipos diferentes de estribos, pero para el caso nuestro son más
utilizados los estribos de concreto cic1ópeo, cuyo esquema se muestra.
Las fuerzas que actúan en un estribo son similares a las que actúan en un muro
para encauzamiento de ríos (1) ; pero deben agregarse las siguientes:
a} Peso del tablero del puente; y
b} Peso de los vehículos sobre el puente.y sobre 01 terreno de relleno.
(1) Para mayor información, consulta Manual I-3 , Capítulo I.
262
Existen otras fuerzas tales como fuerza de frenado, fuerza de fricción entre el
estribo y el tablero, fuerzas por dilatación o construcción del tablero; sin
embargo, para puentes simplemente apoyados de un sólo tramo con luz pequeña,
dichas fuerzas pueden omitirse en el diseño de los estribos.
Pará el diseño de los estribos es necesario considerar circunstancias
desfavorables, y se debe hacer el estudio por separado del estribo con relleno de
suelo sobrecargado, sin tablero (antes que se construya el tablero), y el estudio
con el tablero sobrecargado (después de haberse construido).
El diseño del estribo sin tablero, es similar al diseño de un muro de
encauzamiento, debiendo verificarse la estabilidad al volteo, al deslizamiento y
el valor de las presiones en el suelo de cimentaciónt tal como se analiza en el
Manual 1-3; Capítulo 1.00.
El diseño del estribo con tablero sobrecargado por el peso de vehículos se hará
agregando la reacción correspondiente como carga concentrada en el centro del
apoyo. Esta carga tiende a estabilizar más el vo.lteo del estribo, debiendo
comprobarse siempre el volteo, el deslizamiento y las presiones.
El diseño del estribo se considerará satisfactorio si se obtie'nen cocientes de 2 ó
más entre las acciones equilibrantes y las desestabilizantes (Un puente es una
estructura siempre crítica por lo cual el coeficiente de seguridad que se toma
debe ser de 2 ó más).
Es recomendable efectuar el chequeo de la estabilidad del estribo al volteo y al
deslizamiento, no sólo al nivel del suelo de cimentación, sino también en la
unión del cimiento con el cuerpo del muro (considerando al cimiento como
suelo) y a otras alturas si hubiera gradas (externas o internas) o dimensiones
grandes de la sección del estribo.
Es necesario que los estribos de un puente se protejan del efect erosivo del agua,
mediante las llamadas alas del estribo.
263
Las alas del estribo son similares al estribo mismo; tienen cimentación similar,
pero su dirección forma ángulo de 45º con el estribo, incrustándose hacia el
terreno una longitud adecuada, para evitar que el agua ingrese por la parte
posterior del estribo.
Su altura parte del nivel del estribo, va decreciendo conforme se aleja del mismo
(En el Capítulo I del Manual I-3, se encontrará u un ejemplo de diseño de
estribos).
264
FASCICULO 1 - 5:
INFRAESTRUCTURA DE EDUCACION
CONTENIDOS
El fascículo I-5 presenta tres tipos de obras típicas del trabajo del SESA y del
enfoque con el cual trabaja en estos campos: las Escuelas Azules, los Jardines de
Infantes y el Taller de Tejidos. Aquí se presentan los diseños arqultectónicos de
tales construcciones, acompañándolos con referencias a las características
propias de las costumbres cajamarquinas y de la arquitectura local tradicional y
dando ejemplos de adaptación de las obras a 1a realidad propia de la zona.
La parte I. (“Introducción”) presenta las construcciones que se examinan en el
fasciculo y explIca su relación con el enfoque de trabajo del SESA y su posible
utilidad para otros como orientación.
La parte II (“Las escuelas azules o escuelas color del cielo: aspectos
arqultectónlcos”) analiza el papel del patio, la orientación de las ventarlas y, en
general, todas las partes de la construcción, en función de las costumbres,
necesidades y problemas propios del área rural cajamarquino, precIsando los
detalles técnicos de la obra.
La parte III (“Salones de clase para jardln de Infantes”) está más
directamente orIentada a los aspectos técnicos de la arquitectura en este tipo de
construcción.
La parte IV (“Taller de tejidos”) examina el caso concreto de un Ta1ler donde
el diseño busca también recoger tradiciones locales, como el patio de entrada,
daptarse a las caracteristicas de la zona ya los usos previstos, y lograr así una
obra de costos y formas adecuadas.
APORTES
El diseño de la Escuela Azul y de la Escuela-Taller de Tejidos es un excelente
ejemplo de una actitud de búsqueda de alternativas locales antes que de
aplicación de modelos y normas supuestamente válidos para todas partes. Al
mismo tiempo, el tono de la presentación relativiza estas propuestas del SESA,
negándoles un valor de modelo y resaltando su papel de referencia y así
completa y realza este esfuerzo que significa un buen aporte al conjunto del
Manual.
COMPLEMENTOS
Para el lector del Manual que esté fuera de la realidad Cajamarquina, hubiese
sido útil completar este gran aporte del SESA con la versión de los propios
usuarios sobre la convenIencia de tal cual decisión del autor de los
dseños, sobre sus ventajas y desventajas de acuerdo a los usos que se
265
dan a los ambientes. En todo caso, quiene se sientan interesados por 1os
ejemplos del fasciculo necesitarán recorrer por su cuenta el camino del diálogo
cultural entre sus especialistas y los campesinos a fíin de lograr construcciones
más adecuadas
USOS
El fasciculo, de lenguaje claro y por tanto accesible a todos, puede ser
aprovechado en función de dos objetivos: aspectos técnicos del diseño y
concepció del mismo,
Los aspectos técnicos aparecen en las explicaciones del texto y sobre todo en las
múltiples figuras que reproducen planos de las construcciones. Las concepciones
aparecen a medida que se desarrollan los elementos técnicos y pueden, como tal,
ser un muy útil instrumento de reflexión y planificación en otras regiones.
.
266
267
Nombre de la Práctica
I.- INFRAESTRUCTURA DE EDUCACION
(Codigo I-5 )
INTRODUCCION
1.1 GENERALIDADES
Las Escuelas Azules, denomindas así por el color azul cielo que tienen sus
fachadas, constituyen un elemento imprescindible dentro del complejo adicional
y de servicios que se levantan en un Centro de Animación (1) en el ámbito del
SESA-Cajamarca; otros servicios son: escuela taller, jardín escolar, Huerto
Comunal y/o tambo comunal, etc.
Como es de prever, a similitud de lo que ocurre con las viviendas rurales, las
edificaciones para la enseñanza en el ámbito rural no se ajustan a reglamentos y
normas establecidas para este fin, las que sí son observadas en las ciudades; en
muchos casos, en el campo las escuelas se tienen que construir utilizando los
recursos del lugar (barro, quincha, tejas) y la tecnología disponible.
El presente manual explica en líneas generales las principales partes
constitutivas de las edificaciones para la enseñanza (tanto escuelas azules, como
jardines de infantes, talleres - escuela para diferentes actividades artesanales),
así como las funciones que cumplen en la tarea educativa, con el propósito de
describir cómo el Servicio Silvo Agropecuario de Cajamarca ejecuta e
implementa la infraestructura educacional, a través de los años (2).
1.2 LUGAR Y CONDICIONES PARA SU APLICACIÓN
La infraestructura educativa, tal como se presenta en este manual, sin pretender
ser un modelo rescata la experiencia del SESA Cajamarca; por lo tanto está
relacionada con la modalidad de operación del
____________________________________________________________________________________________
(1) Para mayor infomación sobre Centros de Animación, consultar el Ma nual J-2 "Organización y Participación Comunal".
(2) Sobre aspectos relacionados con los servicios de educación, consultar el Manual K - 2.
268
Servicio, su organización institucional y de la población.
La modalidad de la enseñanza está relacionada con la filosofía del modelo Silvo
Agropecuario, el ecodesarrollo; (1) y su ámbito de aplicación es exclusivamente
el medio rural, dirigida a pequeños grupos poblacionales. se trata por lo tanto de
una tecnología propia, desarrollada a través de continuos ajustes en el transcurso
de los año.
En su lectura el usuario podrá encontrar algunos elementos de interés para
adaptarlos a su propia realidada y necesidades.
1.3
ORGANIZACIÓN DE LA POBLACION PARA LA EJECUCION DE
LA PRACTICA
Es una modalidad característica del SESA hacer participar a la población en la
ejecución de actividades constructivas para la educación ya sea la escuela azul,
huerto escolar, huerto familiar, talleres-escuela artesanales, etc.
El manual J-2 explica como la población se organiza para la ejecución de
diversas actividades.
_________________________________________________________________________
(1) Para mayor información sobre ecodesarrollo, consultar el Manual A - 2.
269
II.
LAS ESCUELAS AZULES O ESCUELAS COLOR DEL
CIELOS : Aspectos
Arquitectonicos
Las escuelas azules se diseñan y construyen teniendo como elemento
determinante un patio central cuadrado de 20 a 30 m. de lado. Las dimensiones
del patio se acomodarán a las particularidades de cada lugar.
En una escuela azul el patio cumple una función muy importante; es el lugar
donde se realizan las actuaciones cívico-escolares, desfiles, reuniones con otros
miembros de la comunidad, actividades culturales y artisticas, representaciones
teatrales, recreación y ciertos deportes.
El patio puede disponer de áreas para jardines, a fin de darle mayor belleza y un
estrado techado en la parte superior central.
Los ambientes destinados a los diversos usos estan dispuestos, perimétricamente
con respecto al patio, formando una "Ú" o cerrando completamente el recinto.
Se trata de ambientes de un solo nivel, de arquitectura muy simple,
rectangulares, con vanos para una puerta de acceso desde el patio central y
ventanas en la pared opuesta.
Los ambientes destinados a salones de clase, tienen 5.0 m. de ancho por 8.0 m.
de largo (medidas interiores), con un área, de 40 m2, suficiente para albergar
comodamente a 35 niños.
El acceso al salón de clase es por el lugar cercano a la pizarra la cual se, ubica
teniendo en cuenta que la iluminación natural debe llegar por el. costado
izquierdo del estudiante; se dispone de un lugar apropiado para levantar un
altillo en caso necesario.
La puerta tiene un ancho de 1 m. y una altura de 2.0 m. de dos hojas que abren
hacia adentro (es recomendable que las puertas abran hacia afuera para facilitar
la salida de los estudiantes en caso de sismo o siniestro).
Las ventanas se ubican en la pared opuesta a la puerta; tienen un ancho igual a
1/3 de la mitad del largo del ambiente; es decir, 8/2 x 1/3 = 1.30 m.; una altura
de 1.50 m., un alféizar de 0.50 m. y un
270
271
272
área de 1.95 m2. Puesto que se dispone de 2 ventanas en cada ambiente, se
cuenta con una iluminación de casi 4 m2 que representa al 10 % del área del
ambiente. En algunos casos se agrega una tercera ventana al sa1ón de clase,
ubicada en la, pared da al patio y contiene a la puerta.
Si el control de la, obra es bueno (realizada por personal profesional del SESA
por ejemplo), se pueden usar anchos de ventanas mayores sin que superen la
mitad de la mitad del largo del ambiente.
Tanto los vanos de las puertas como de las ventanas llevan en la parte superior
dinteles de madera, anclados no menos de 0.50 m. en ambos lados de los muros
de tierra (adobe o tapial).
La ubicación de puertas y ventanas, tal como se detalla en el esquema, permite
una trabazón bastante buena de los muros de barro (adobe o tapial).
Los ambientes destinados a otras funciones, tales, como oficinas, dirección,
salas de reunión, tienen el mismo diseño básico que corresponde a un aula de
clase.
El piso de los ambientes es de tierra compactada, pudiendo agregarse algún otro
material para obtener una superficie más resistente, tal como ladrillo "cocido”,
tablas, etc. No es recomendable el uso de concreto por el frío que supone para
los niños (muchos de los cuales ni siquiera úsan zapatos).
Las paredes de barro.{adobe o tapial) se revisten interior y exteriormente con
barro y paja. El exterior se pinta del color del cielo Cajamarquino, y el interior
de un color muy claro (casi blanco, o blanco, con la finalidad de no disminuir la
iluminación natural).
La altura del piso al cielo raso es de 2.60 m. El cielo raso consiste en vigas de
madera, de sección transversal circular (troncos) de 3" a 4" apoyadas en los
muros que producen la menor luz (es decir sobre los muros que llevan las
puertas y las ventanas), espaciadas 0.70 m., soportan un emparrillado de carrizo
o tiras de maguey en donde se aplica un tarrajeo de barro y paja. Las vigas
pueden quedar vistas o no, según si la parrilla de carrizos se apoya encima de
ellas o, se cuelga mediante clavos, zunchos y alambre, debajo de ellas.
Las vigas del cielo raso se amarran a una viga collar de madera.
273
274
encima de los muros de barro.
El techo se resuelve a dos aguas, con la finalidad de evitar alturas excesivas de
muros como sucede cuando se trata de techos de una sola agua.
La cumbrera de madera de 5" de diámetro se coloca longitudinalmente en el
centro del ambiente y se sostiene mediante troncos en forma de triángulo que se
apoyan en las vigas del cielo raso para no transrnitir esfuerzos laterales a los
muros.
Si el techo es teja, la pendiente debe ser de 30 a 40 %; si es es calamina del 20
al 30 %
El techo presenta aleros laterales de 1.30 m de ancho en la parte exterior y de
2.30 m. en 1a parte interior con la finalidad de cubrir el pasadizo que sirve de
acceso a los ambientes.
Todos los muros son de barro (adobe o tapial) construidos de, acuerdo a la
tecnología explicada en el Manual I-3.
Los Muro tienen un anchote 0.50 m. con cimiento de piedras y barro arenoso o
concreto ciclópeo. El cimiento tiene el mismo ancho del muro y una
profundidad de 0.50 a 0.60 m. No requieren un sobre cimiento de concreto por
cuanto se los protege del agua de lluvia mediante los aleros del techo, una
vereda impermeable perimétrica y canaletas de colección y evacuación de agua
de lluvia. La presencia de roedores no es muy probable debido a la naturaleza de
los ambientes que son de ocupación temporal, y la ausencia de alimentos.
Debido a la gran longitud de los muros, se dispone de juntas de separación entre
unidades, de tal manera que los muros no superen longitudes de 30 m.. Estas
juntas se realizan construyendo una pared adicional necesariamente.
275
Las juntas de los muros también se hacen con la finalidad de romper la
disimetría en la construcción, como ocurre en las esquinas, y porque no tener
junta ocasiona rigideces diferentes de los muros a cargas laterales (sismo) y por
tanto la aparición de torsiones que se deben evitar.
La junta de separación de esquina se debe usar para dar acceso hacia el exterior
(la puerta tendrá un sistema de soporte autónomo, no dependiente de los muros)
o para conformar pequeños ambientes destinados a depósitos, almacenes, etc.
276
III
SALONES DE CLASE PARA JARDIN DE INFANTES
Es una edificación que presenta las siguientes características:
a. Luces relativamente grandes: 12.5 m. de largo por 8.0 m. de ancho.
b. Buena iluminación (mediante ventanas cuya área sea el 30% del área del
ambiente).
c. construida con materiales de la zona y que sea segura.
Se puede edificar usando adobes, tijerales de madera y techo liviano o de
eternit.
En este caso los muros perimétricos no logran tener el arriostre necesario,
salvo en caso que se hagan muy anchos o que se usen mochetas, como se
muestra en la fig 3.1. La cimentación se hace utilizando piedras y barro arenoso,
o concreto ciclópeo. El cimiento se excava en todo el perímetro y tiene forma
similar al muro, es decir, también se cimientan las mochetas. El ancho del
cimiento coincide con el ancho del muro: 0.40 m. y la profundidad es de 0.50 m.
No se requiere sobre cimiento por cuanto se protegerá adecuadamente el muro.
Terminado el cimiento se levantan las paredes debidamente trabadas, dejando
únicamente los vanos correspondientes a las puertas de acceso, más no así los
vanos correspondientes a las ventanas.
Después de 6 hiladas da adobes colocados a plano, mediante cordel y plomada y
asentados con mezcla de barro y paja, se continuan levantando únicamente los
muros laterales de las ventanas con sus correspondientes mochetas, dejando
abiertos los vanos de ventanas. Se levantan hasta una altura de 2.40 m. sobre el
nivel del piso terminada.
A la altura de 2.40 m. se colocan los dinteles de madera, encima de todos los
vanos de puertas y ventanas; es recomendable que estos dinteles se encuentren
traslapados entre sí (mediante destajos de la madera), conformando una especie
de viga collar, que mejora el comportamiento de la edificación.
277
278
El dintel tendrá el mismo ancho del muro (se usarán 2 tablones parelelos
debidamente arriostrados).
En caso de no disponer de tablones labrados. se usaran troncos de sección
circular de ∅ 4", debiendo usarse 4 troncos paralelos.
Encima del dintel (de la viga,collar) se apoyan los tijerales de madera (1) cuyo
diseño se muestra en la fig. Nº 3.3.
Las paredes de la edificación se tarrajean con barro y paja tanto interior cómo
exteriormente, excepto el zócalo (exterior e interior) que se tarrajea usando
mortero de cemento y arena. Para que este tarrajeo se adhiera bien a la superficie
de barro se clavan estacas de madera de 1/2" x 1/2" x 0.15 m. en la pared y entre
ellas se coloca alambre negro da construcción. El mortero se aplica normalmente
como si se tratara de una pared de ladrillos.
También se puede usar una malla de gallinero fijada en la pared. mediante
estacas similares.
La altura del zocalo depende de muchos factores. s~n embargo no debe ser
menor de 0.40 m. sobre nivel de piso terminado.
________________________________________________________________________________________________
(1) Para mayor información consultar el Manual 1-3; Capítulo VII.
279
280
La edificación no lleva cielo raso, el techo con toda su estructura es visto; se
puede usar sin sin embargo cielo raso liviano, en cuyo caso éste se puede clavar
a nivel de la misma cobertura, dejando los tijerales vistos o a nivel de la brida
inferior del tijeral, para lo cual será necesario una estructura de soporte colgada
de los tijerales.
El piso de la edificación es de concreto, de 10 cm. de espesor, vaciado sobre el
suelos limpio y compactado, al cual se ha agregado una capa de 0.15 m, de
espesor de material de afirmado (hormigón sucio o material de cerro).
Rodeando a toda la construcción, y perimétricamente ubicada, se construye una
vereda de concreto con pendiente hacia afuera (1%) y un encho
de 1.00 m. La vereda termina en una canaleta de 0.20 x 0.20 para
281
evacuación de agua de lluvias.
Las puertas son de madera de modelo muy simple y abren hacia fuera para
facilitar la salida de alumnos en caso de sismo o siniestro.
Las ventanas son de madera y vidrio (aunque se pueden usar otros materiales).
282
IV TALLER DE TEJIDOS
El taller de tejidos es un conjunto concebido para facilitar y promocionar esta
actividad, recuperando la tecnología usada en la zona. Destaca en la concepción
arquitectónica el patio de entrada, muy Cajamarquino, de 20 x 20 m.
aproximadamente, limitado en sus costados laterales por medias aguas o esteras
techados de.4 m. de ancho por todo el largo del patio. En estos estares se realiza
el tejido usando los telares y lanas tanto de oveja como de alpaca (esta última en
forma aún muy reducida).
Los estares están cerrados al fondo y a los costados por muros que generan un
ambiente abrigado. El lado que da al patio es abierto y sólo lleva los pilares de
madera que sirven de soporte al techo y también de soporte al tejido.
El techo del estar es de tejas a una sola agua (hacia el exterior); tiene una altura
de 2.60 m. medida en el muro del fondo y una altura de 3.50 m. en el pilar de
madera. Presenta aleros (prolongaciones del techo) hacia los 4 lados de 0.60 rn.
de ancho con ,la finalidad de proteger los muros y el piso.
El patio presenta hacia el fondo un pasadizo o vereda de 2.00 m. de ancho que
sirve para conectarlo con el volumen principal del taller. La vereda está
precedida por un jardín de 1.50 m. de ancho a todo lo largo del patio para lograr
mayor belleza.
El volumen principal del taller incluye los siguientes ambientes: para ventas,
oficina, almacén del equipo de tejidos, volumen de materias primas, almacén de
tejidos acabados y dormitorio de guardianía. Se desarrolla en un sólo nivel con
muros de barro (adobe) y presenta un contorno rectangular de 21.30 m. de largo
por 11.30 m. de ancho (el largo coincide aproximadamente con la longitud del
patio de entrada más los anchos de los estares techados para tejer).
El ambiente más importante por su ubicación y dimensiones es el
destinado a ventas. Lleva la puerta principal de todo el volumen que
____________________________________________________________________________________
(1) Sobre teiido y tejidos de la a de oveja, consultar al Manual Nº G-2
283
da hacia el patio de entrada y mide 1.60 m. de ancho por 2.00. m. de altura,
siendo, la única puerta hacia el patio.
El ambiente de venta es de forma rectangular de 9.60 m. de largo por 5 m. de
ancho, tiene dos ventanas hacia el patio principal, y una hacia el exterior en la
pared lateral. Las ventanas tienen un ancho de 1.30 m, y una altura de 1.50 y un
alfézar de 1.00 m. Presente así mismo comunicación directa con el depósito de
tejidos, mediante una puerta de 1.00 m. de ancho por 2.00 de alto. Esta es la
principal puerta que tiene el depósito de tejidos terminados. Tiene también
comunicación mediante un vano abierto sin puerta, con un hall de distribución
interior.
La altura de piso terminado al cielo raso es de 2.6 m. El cielo raso está
constituido de vigas de madera, carrizo y berro como en todas las edificaciones
similares de la zona.
El depósito de tejidos es un ambiente de 5 m. x 4 m. con acceso principal desde
el ambiente de ventas mediante una puerta de madera antes descrita. Presenta
una ventana hacia el patio de llegada de 1.3 m. x 1.5m. x 0.5 (ancho, alto,
alféizar) que sirve para darle iluminación natural y una puerta de comunicación
con el depósito de materias primas 1.00 x 2.00. en la pared del fondo. La altura
de piso al cielo raso es de 2.60m. y el cielo raso es similar al del ambiente de
ventas.
A un costado del depósito de tejidos terminados y comunicándose a él mediante
un apuerta, se encuentra el depósito de materias primas.
El cual es un ambiente de 5.0 x 5.0 m.
El depósito de materias primas presenta una ventana hacia el patio de llegada
(realmente da hacia el estar techado para tejer) de 1.30m de ancho por 1.5 de
alto por 0.50 de alfeizer, y muestra una comunicación con el ambiente destinado
al almacenamiento de tejidos mediante una puerta de 1.00 m. de ancho x 2.0 m
de altura. La altura del piso terminado al cielo raso es de 2.60 m.
Los tres ambientes descritos hasta ahora constituyen la mitad delantera del
volumen principal, la segunda mitad se desarrolla casi simétricamente hacia el
fondo.
Destaca en la segunda mital el hall de distribución, de 4.0 m. de
284
ancho por 5 de largo que comunica con el ambiente de ventas mediante un
vano abierto de 1.60 m. de ancho; con el dormitorio para el guardián mediante
una puerta de 1.00 m. por 2.00 m; con la oficina mediante una puerta de 1.20 m.
de ancho por 2.00 de altura; con la parte posterior (traspatio) mediante una
puerta de 1.00 por 2.00 m. Muestra asimismo una ventana hacia el traspatio de
1.30 por 1.50 por 0.50 con fines de iluminación. La altura de piso a cielo raso es
de 2.60 m. La oficina y el almacén del equipo de tejido son ambientes simétricos
con el depósito de tejidos y el depósito de materias primas respectivamente;
tienen las mismas dimensiones y similares comunicaciones.
La oficina presenta además una ventana hacia el traspatio. El depósito o almacén
de equipos de tejido se comunica hacia la oficina, hacia el depósito de materias
primas y hacia el traspatio mediante sendas puertas de 1. m x 2 m. y muestra
además una ventana hacie el traspatio con fines de iluminación,similar a las
otras ventanas.
El dormitorio del guardián se ubica hacia el costado derecho de la segunda
mitad del volumen principal. Es un embiente de 5.00 m. x 5.00 . y presenta dos
accesos; uno del hall de distribución y otro hacia el exterior lateral; dichos
accesos se hacen mediante puertas de 1.00 m. x 2.00 m. El dormitorio presenta
dos ventanas, una hacia el traspatio y otra hacia el costado lateral, de 1.00 x 1.50
x 0.50 m. El piso de los ambientes del volumen principal es de cemento
pulido.Todos los muros son de barro (adobe) y se encuentran revestidos con
barro y paja tanto exterior como interiormente. Los muros tienen un ancho de
0.60 m. y se construyen sobra cimientos de piedra y barro arenoso de 0.60 m. de
ancho x 0.50 m. de profundidad. En todo el perímetro se construye una vereda
impermeable para protecci6n de muros.
Todo el volumen principal tiene un cielo raso a una altura de 2.60 m. sobre n.p.t.
(nivel de piso terminado), consistente en vigas de madera, carrizo y barro.
Debido al tamaño del volumen, se construye una junta de separación transversal
en el centro de la edificación. Esta junta se logra mediante dos muros paralelos
separados 5 cm. Si el suelo de cimentación es bueno, la junta puede
omitirse. Los vanos de puertas y ventanas se ubican de preferencia en las
285
partes centrales de los muros, de tal manera que los trabes de los muros sean
resistentes por estar bien arriostrados. Las ventanas tienen poco ancho para no
debilitar la estabilidad de los muros. Sobre todos los vanos se colocan dinteles
de madera anclados 0.50 a cada lado en los muros.
El techo se desarrolla, a dos aguas teniendo como cumbrera el muro longitudinal
central del volumen; el techo es de tejas y tiene una pendiente de 40 %. Para
soportar la cumbrera sólo se levanta parte del muro central a modo de pequeñas
columnatas de edobe con la finalidad de no colocar peso muerto innecesario.
El techo tiene en todo su perímetro aleros de 1.30 m. de ancho, con la finalidad
de proteger a los muros del agua de lluvias. El agua que cae hacia el patio de
llegada es evacuada mediante una canaleta hacia el exterior.
Hacia el costado izquierdo del volumen principal se encuentra la sección de
teñidos y secado. Se trata de un gran ambiente de 9.m. x 12.00 m. de planta
libre. El contorno se encuentra cerrado mediante muros de adobe en tres de sus
caras, siendo una de ellas el muro correspondiente al volumen principal.
El muro opuesto no presenta vanos, pero el muro del fondo muestra dos
ventanas hacia el traspatio y a un costado se observa una, puerta de acceso
élesde el trespatio, que comunica directamente, mediante una vereda con los
ambientes de almacén de equipo de tejido y hall de distribución.
Aproximadamente la mitad de la sección de teñidos y secado se encuentra
techada en el área donde se ubican unas pozas de lavado, para evitar que la
lluvia interfiera en las operaciones de teñido.
El techo es a dos aguas y se soporta con el auxilio de columnas de concreto
ubicadas en los ejes centrales de las pozas de lavado, estos son compartimientos
de concreto con sus conexiones de agua y desagüe, de 0.70 X 0.80 x 0.50
ubicados en forma de batería de lavaderos.
El piso es de cemento pulido y el techo se desarrolla a dos aguas que drenan
hacia la parte delantera y posterior y no tiene cielo raso.
Los muros perimetrales están revestidos con barro y paja, y están
286
287
288
protegidos mediante una vereda perimetral impermeable de 1.00 m. de ancho.
Todo el conjunto se encuentra pintado interior y exteriormente con pintura de
color blanco.
Un problema que merece especial atención es que la construcción normalmente
se hace en un terreno inclinado y no en un lugar plano teniendo que salvar los
desniveles existentes. Para lograr ese objetivo, los, desniveles van cubriéndose
parcialmente en cada muro paralelo a las curvas de nivel y las vanos de puertas
que hubiera, muestran escalones para el efecto, en función al desnivel existente.
289
FASCICULO 1- 6:
VIVIENDA RURAL
CONTENIDOS
El presente fasciculo no se limita a presentar diseños y planos de las viviendas
rurales que existan o que pueda proponer el SESA. El fascículo se dedica
también a explicar una politíca de vivienda que consiste en negarse a la
aplicación de modelos y más bien en buscar la forma de mejorar las
construcciones actuales dentro de los mismos criterios de los campesinos. Así se
ven sucesivamente una actitud general sobre las viviendas, una reflexión sobre
sus funciones y características principales, una descripción de los tipos más
comunes de vivienda en la zona del SESA y la presentación de la casa circular
que el SESA ha desarrollado en Ayambo.
La parte I (“Introducción”) explica la relación entre una vivienda y un modo
de vida y la necesidad de comprender esta relación antes que querer imponer
innovaciones tecnológicas. También recalca el papel orientador de este
fascículo.
La parte II (“Funciones y característícas principales de las viviendas”)
examina el concepto campesino de la casa y sus diferencias con conceptos
urbanos de "sala" y de "comedor", sacando de ahí algunas pautas a respetar en el
diseño de viviendas para el área rural.
La parte III (“Clasificación de la vivienda en Cajamarca”) analiza los
diferentes tipos de vivienda que se encuentran en Cajamarca, claslflcándolas en
cuatro categorías: muy rústicas de piedra, maguey y paja; rústicas de barro,
maguey y paja; rústicas de barro, madera y tejas o calamina; que imitan a las que
se construyen en las ciudades. Se presentan planos de las tres primeras.
La parte IV (“La casa circular de Aylambo”) describe un tipo de vivienda
que el SESA ha venido experimentando y promoviendo en Aylambo. Para ello
comienza por explicar las ventajas de la forma circular en cuanto al área
disponible por un mismo metrado de paredes, a la solidez y resistencia, y los
esfuerzos por respetar en ese diseño la distribución de ambientes que busca el
campesino. Luego presenta dos tipos de distribución interna de la casa, con sus
planos y las características arquitectónicas. Finalmente se ocupa de las técnicas
de construcción para edificarla.
APORTES
En la misma línea del fascículo anterior sobre infraestructura de
educación, e! fascículo 1-6 combina la preocupación por rescatar las
características de la arquitectura local, respetar las tradiciones y formas
290
de vida de la población y buscar algunas alternativas de mejoramiento acordes
con la realidad de la zona. El rechazo a copiar modelos urbanos y la voluntad de
revalorizar y enriquecer la arquitectura cajamarquina son un ejemplo valioso que
el SESA brinda en este material, dando así más importancia y significado a la
búsqueda de diseños como la casa circular de Aylambo que se presenta al final.
COMPLEMENTOS
Para completar excelente presentación de este fascículo, hubiese sido interesante
conocer qué modificaciones aportó la casa circular de Aylambo en el estilo de
vida del campesino, porque, si bien se respetó las pautas básicas en e1 diseño,
todo cambIo en las condiciones de vida repercute sobre la forma de vida,
provocando modificaciones por más pequeñas y progresivas que sean. En el
caso de la casa circular de Aylambo, estas Informaciones servirían tanto para
tener una idea más clara de esta propuesta de diseño como para comprender
mejor el proceso de cambio social y cultural que introduce toda innovación
tecnológica.
USOS
Este fasciculo, muy accesible por su claridad de presentación, puede
aprovecharse en funcíón de tres objetivos posibles: informarse sobre la casa
circular propuesta por el SESA; conocer la situación concreta en Cajamarca;
debatir una polltica de vivienda rural, sea a nivel nacional o al de una zona
determinada, En los tres casos, es imposible cumplir el objetivo a base de una
sola parte, por más específica que sea. En todas las partes del fascículo existen
informaciones y referencias que son útiles para cualquiera de los tres objetivos.
291
292
Nombre de la Práctica
VIVIENDA RURAL
( Codigo I-6 )
I. INTRODUCION
1.1. GENERALIDADES
En materia de vivienda, el contraste entre las zonas urbanas y rurales es muy
marcado, tanto en técnicas constructivas, como en materiales usados y
concepción funcional. Mientras que en las ciudades las viviendas son
construidas observando las normas y reglamentos oficiales, en las zonas rurales
las viviendas son muy rústicas y tienen una concepción primitiva que escapa a
toda disposición formal, principalmente en zonas rurales andinas, como en el
ámbito del SESA-Cajamarca.
Sin embargo se debe hacer presente que la rústica concepción de las viviendas
rurales serranas guarda relación con el modo de vida y las costumbres del
campesinado y su familia; resultando a fin de cuentas, adecuadas para el medio
y las circunstancias dentro de las cuales, se desenvuelve la vida en el campo. Por
ello, cada vez que se ha tratado de "resolver" el problema de la "vivienda rural"
aplicando las normas y reglamentos de las zonas urbanas, los proyectos han
fracasado o no han tenido la respuesta adecuada de los supuestos beneficiarios.
En el presente manual se rescatan las características de las viviendas rurales tal
como se usan en el ámbito rural Cajamarquino, explicando sus funciones sin
pretender innovarlas con la tecnolog!a moderna; asumiendo que tales viviendas
han sido concebidas y mejoradas a través del tiempo, para ser construidas por
los propios interesados (autoconstrucción), utilizando la tecnología simple y los
materiales disponibles en el lugar. (1)
___________________________________________________________________________________
(1) Los Manuales I-1 e I-3 explican las técnicas y estructuras básicas para el replanteo, construcción de muros
de adobe o ladrillo, de tapial o quincha, coberturas de distintos tipos, etc., que sirven para la construcción de
viviendas.
293
1.2 PROPOSITO
El propósito del presente manual es brindar los diseños arquitectónicos típicos
de los distintos tipos de vivienda rural; así como las funciones que cumple cada
parte, de manera que con el apoyo de las técnicas constructivas básicas
explicadas en otros manuales, el propietario puede seleccionar el tipo que le
interese, y construir su casa según los recursos de que disponga, con una
asistencia técnica mi nima.
1.3 LUGAR Y CONDICONES PARA SU APLICACIÓN
En general, las viviendas rústicas y semi rústicas descritas en el presente manual
son aplicables al ámbito rural Cajamarquino, en mérito a la tecnología popular
que en este aspecto se ha desarrollado con los años, siendo adecuadas a los
recursos del lugar (barro, adobe, quincha, tapial, maguey, paja, madera de
eucalipto, etc.).
Sin embargo no extrañará encontrar similitud o analogía en técnicas
constructivas y concepción arquitectónica con otras regiones de la sierra
peruana, en cuyo caso el presente manual tendrá una aplicación por lo menos
orientadora.
294
II.
FUNCIONES Y CARACTERISTICAS PRINCIPALES
LAS VIVIENDAS
DE
Se puede explicar el concepto de vivienda en el campo serrano de Cajamarca, el
cual es muy diferente del concepto formal que se suele tener, en base a alguna
de las características más importantes que son las siguientes:
- Puesto que el trabajo se realiza en el campo desde las primeras horas del día
hasta el atardecer, el poblador no requiere de ambientes especiales para su
permanencia en la casa durante el día, siendo los ambientes más importantes,
los que se utilizan para dormir, para cocinar y para la cría de animales menores
o mayores.
- El concepto de vivienda está muy relacionado con la intimidad de la familia
("Todos desean tener una vivienda donde esconder sus miserias"); la
construcción se realiza en función de las posibilidades de ella, atendiendo a sus
propias necesidades y no a las necesidades de otras familias o personas. En las
ciudades esto no es así, ya que muchos construyen su casa reservando ciertos
ambientes y facilidades para atender a sus compromisos sociales.
Desde este punto de vista, el concepto "sala" está ausente en las viviendas
rurales.
- Es preferible ubicar la cocina en un lugar aparte, ya que la gente en el campo
usa cocinas muy rudimentarias de piedra y olla de barro cocido, que funcionan
con leña y generan mucho humo, ennegreciendo las habitaciones. Dentro de la
cocina se crían cuyes, los cuales necesitan el humo para vivir (en realidad só1o
requieren un ambiente abrigado), por lo cual el ambiente para cocina debe ser
cerrado.
- Los alimentos no se consumen en la casa sino en el campo, por tal motivo el
concepto de "comedor" no tiene vigencia.
- Para la gente del campo, la cría de animales menores es muy importante y la
casa debe incluir un pequeño corral donde guardarlos durante la noche.
Además de la crianza de cuyes que es muy común (en las cocinas), se crían
gallinas y pavos; y otros animales menores tales como ovejas o chivos; rara
vez se crían patos por el agua que requieren.
- En a l g u n o s casos s e crían caballos, burros o vacas según la dispo-
295
nibilidad de tierra del campesino.
- La vivienda rural está íntimamente relacionada con la parcela de la tierra,
generalmente minifundio pero que permite cierta libertad en la ubicación,
orientación y tamaño de la vivienda.
- La vivienda generalmente es de una planta, pero puede ser de dos plantas
cuando se trata de una casa importante.
Como consecuencia del análisis de las necesidades de la vivienda rural en
Cajamarca, el Servicio Silvo Agropecuario ha planteado algunos diseños típicos,
que satisfacen dichas necesidades; y cuyas características más importantes
serían las siguientes:
a.El estar exterior, a modo de corredor protegido del viento es un ambiente que
cumple funciones muy importantes, tanto sociales (reniones, recepción,
comedor), como de recreación (mirador, sala de reposo, etc.), por lo cual debe
mantenerse e incluso ampliarse.
b.La vivienda no requiere de sala ni de comedor como habitaciones
independientes, pero es importante que tenga un cuarto de uso múltiple, que
pueda desempeñar la función de sala, cámedor (sobre todo para fiestas),
depósito de herramientas o de otros materiales; por lo cual se considera
necesario incluir este ambiente.
c.Los dormitorios son la parte esencial de la vivienda. La gente del campo usa
camas de madera con "colchones" de pellejos de carnero, y frazadas de lana
tejida. El dormitorio debe permitir cierta separación entre los padres, hijos,
hijas, teniendo en cuenta que las familias son muy numerosas y que
actualmente hay casos en que todos duermen en un solo ambiente e incluso en
una sola cama.
El abrigo en el dormitorio es muy importante, teniendo en cuenta que la
temperatura del campo en las noches es muy baja; por lo tanto se debe diseñar
dándole una disposición tal que permita acumular el calor del día, para tener
un ambiente atemperado en las noches.
El dormitorio se usa desde muy tempranas horas de la noche, 7 ú 8 puesto que
no hay alumbrado eléctrico, iluminándose mediante velas o lámparas de
kerosene; y se abandona desde muy tempranas horas de la mañana, para
aprovechar al máximo la iluminaión del día.
d.Generalmente n o existen servicios higiénicos dentro de l a s v i v i en-
296
das, pues las necesidades fisio1ógicas son resueltas al aire libre; el uso de
instalaciones especiales con este fín, que son comunes en las vivienda. urbanas
(tazas, inodoro, bidets),carecen de utilidad práctica en el campo. Así mismo
para el lavado se usan lavatorios o bateas en el exterior de la vivienda, al aire
libre.
Por estas razones es recomendable que los servicios higiénicos se ubiquen en
el exterior de la vivienda. Sería muy conveniente y práctico la instalación de
una letrina, ubicada fuera de la vivienda de manera que pueda permitir el uso
de las aguas servidas en digestores o en la preparación de abonos.
e.El uso de vidrios en las ventanas es poco factible en el campo, teniendo que
recurrir la familia al uso de plásticos o telas.
Ello se debe tener en cuenta en el diseño, a fín de lograr ambientes ventilados,
pero sin que sean fríos.
f.Finalmente, la vivienda debe ser concebida para que sea construida por el
propietario (autoconstrucción), con materiales del lugar, tecnologías simples y
al mínimo costo.
297
III. CLASIFICACION DE LA VIVIENDA
EN CAJAMARCA
La vivienda actual en Cajamarca se puede clasificar según el tipo de tecnología
empleada, en:
a) Viviendas muy rústicas de piedra, maguey y paja (pencas).
b) Viviendas rústicas de barro, maguey y paja.
c) Viviendas rústicas de barro, madera y tejaa o calamina.
d) Viviendas que imitan a las que se construyen en las ciudades.
Como algo especial se trata en capítulo aparte un tipo de Casa circular de
Aylambo.
3.1 . VIVIENDAS MUY RUSTICAS DE PIEDRA., MAGUEY Y PAJA
Son viviendas muy elementales; en ellas no existen división de funciones y
consisten básicamente de un sólo ambiente, de planta generalmente irregular que
se aproxima a un cuadrado, un rectángulo o un círculo, trazados sin ayuda de
ningún instrumento.
Las paredes se levantan con piedras acomodadas a mano y ligadas con barro;
tienen poca altura, no mayor de 2 m. y presentan un solo vano que sirve de
puerta de acceso. No se usan ventanas; el techo se arma usando magueyes o
varillas de madera, apoyándose en las paredes o en varillas de madera clavadas
en el suelo a modo de pilares. Se emplean carrizos en algunas zonas, con la
finalidad de densificar la trama de apoyo.
La cobertura que proteje a la vivienda de la lluvia está conformada por paja
colocada en capas, de abajo hacia arriba o pencas acomodadas de tal manera que
simulen tejas. (Figuras 3.1 - 3.2).
3.2 VIVIENDA RUSTICA DE BARRO.,MAGUEY Y PAJA
Son mejor elaboradas que las anteriores. Las paredes pueden ser de quincha
(armaz6n de maguey con barro), de tapial o de adobe. El techo es de maguey,
carrizo o paja.
298
299
300
El diseño de distribución no cambia con respecto al caso anterior o, si lo hace,
muestra poca diferencia.
3.3 VIVIENDA RUSTICA DE BARRO, MADERA Y TEJAS O
CALAMINA
Son las viviendas rurales más evolucionadas, pudiendo tener dos niveles. Su
arquitectura está influenciada por aquella de las antiguas casas-haciendas.
Presenta una planta rectangular de 8.00 x 12.00 en promedio, con una puerta de
acceso central y pueden tener ventanas pequeñas. En la parte delantera destaca
un "estar" a modo de corredor protegido del viento mediante muros laterales,
corta vientos.
Los muros son de adobe o tapial, el piso es de tierra, el techo tiene una
estructura de soporte de madera, un encarrizado y las tejas se apoyan mediante
barrro y paja.
El uso de Ia vivienda sigue siendo múltiple, notándose únicamente la tendencia
a construir la cocina en una ramadita aparte de la casa, fig.3.5. Carecen de
servicios higiénicos y de eléctricidad.
Cuando la casa incluye segundo piso, el acceso se hace mediante escaleras de
madera portátil (del tipo que usa el a1bañi1); el piso del segundo nivel se
soporta mediante vigas de madera de sección circular (troncos), y puede ser de
madera (machihembrada o no), o de ladrillo de arcilla cocida, apoyado en un
encarrizado cunstruido sobre las vigas de madera y asentadas con barro.
3.4 . VIVIENDAS QUE IMITAN LAS QUE SE CONSTRUYEN EN LAS
CIUDADES
En los alrededores de las ciudades y en algunos lugares muy específicos, se
encuentran viviendas rurales construidas imitando las viviendas de algunas
ciudades, ya sea de Costa o Sierra.
Estas viviendas no son representativas del problema de la vivienda rural y sólo
evidencian la influencia de la ciudad en su contorno.
301
302
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,
304
305
IV LA CASA CIRCULAR DE AYLAMBO
4.1 GENERALIDADES
Casi se ha convertido en un símbolo de Aylambo una artesanía en arcilla cocida
que simula una casa circular, y que representa en efecto una edificación para
vivienda de planta circular.
La casa circular de Aylambo, que se incluye en el presente manual, es una
alternativa de diseño arquitectónico para vivienda rural, que se adapta a las
necesidades de la zona y optimiza el uso de los recursos.
Una vivienda de planta circular requiere menor longitud de muros perimétricos
para encerrar la misma área que cualquier otra fig. geométrica, en efecto una
longitud determinada, en forma de circunferencia encierra el área máxima
posible (área construida); si comparamos la circunferencia con un cuadrado y
con un rectángulo, tendremos que por la misma longitud de muros perimétricos,
el área encerrada por la circunferencia es mayor, como lo demuestra el cuadro
siguiente:
306
El porcentaje anotado representa la ventaja relativa del diseño circular. En
segundo lugar debemos comentar que un muro de adobe en forma circular
trabaja en conjunto cuando es solicitado por cargas horizontales, y
consecuentemente tiene un excelente arriostre, lo cual no sucede con los muros
rectos.
Por otro lado la forma circular hace que la distribución de esfuerzos sea más
uniforme, sin que se presenten momentos adicionales como ocurre con el
encuentro de muros de 90º.
El diametro de la vivienda es lo suficientemente grande, y ello permite que se
puedan utilizar adobes comunes, puesto que su lado recto tiene muy poca
diferencia con la forma de curva que le corresponda, como se demuestra a
continuación
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308
309
310
El diseño circular trata de mantener algunas de las concepciones arquitectónicas
más significativas de la zona, tales como el "estar" de ingreso o la casa protegida
del viento, pero incorpora algunos elementos no usados en Cajamarca, como la
chimenea para evacuación de humos de cocina.
4.2 DESCRIPCION ARQUITECTONICA
De muchas alternativas de distribución arquitectónica en base a la concepción
circular, describimos una de las más económicas .
La vivienda de planta circular muestra como un detalle importante un "estar" a
la usanza Cajamarquina.
Los muros que limitan el "estar" determinan 1/4 de circunferencia
aproximadamente, dejando un espacio libre de 1 m. de longitud como mínimo
para la puerta de acceso principal.
En el estar se observan dos pilares de madera que sirven para sostener el alero
del techo. La pared del fondo con alineamiento recto da hacia la cocina y
muestra una puerta de acceso a ella, de 0.80 x 2.00 m., y una ventana de 0.80 m.
de ancho por 1.30 de alto por 0.70 de alféizar.
El piso del "estar" es de tierra compactada, de ladrillo cocido, de piedra
acomodada o de otros materiales. Se encuentra a 0.20 m. más al to que el nivel
del terreno natural y puede incluir una barandilla entre los pilares y las paredes,
para ganar en efecto estético.
La cocina asume un papel muy importante en la concepción arquitectónica de la
casa, estando exprofesamente ubicada en el centro de ella, con la finalidad de
aprovechar el calor del fogón para la calefacción de la casa, sobre todo hacia los
dormitorios.
La cocina tiene acceso desde el exterior de la casa por el estar mediante una
puerta ya descrita y comunica mediante un vano sin puerta hacia el ambiente de
uso múltiple; el vano tiene 0.80 x 2.00 m.
La cocina se encuentre al fondo, en el centro mismo de la casa, y tiene un diseño
especial para permitir que el calor ingrese a los dormitorios; en esta parte se
encuentra ubicada la chimenea de la cocina
311
con la finalidad de permitir la evacuación de humos la cocina incluye un
lavadero, como opción en caso de ser posible contar con servicio de
abastecimiento de agua potable.
El (ambiente de uso múltiple tiene dos accesos: desde el "estar" mediante la
puerta principal de la vivienda y desde la cocina. Este ambiente se destina como
sala de reuniones, como comedor, como dormitorio, como; depósito, y otros
usos, según las necesidades de la familia y la situación del momento: depósito
de semillas, productos de cosecha; para fiestas (carnaval), fallecimiento, etc.
Este ambiente tiene dos ventanas de 1 m. de ancho por 1.50 de alto por 0.50 m.
de alféizar, ubicadas mirando hacia el Este y Oeste respectivamente, con la
finalidad de aprovechar mejor la calefacción natural del sol; tiene un acceso
directo a los servicios higiénicos (en caso de que los haya) y comunica con el
dormitorio mediante un vano abierto sin puerta.
El dormitorio ocupa la parte más abrigada de la casa; se evita la presencia de
corrientes de aire a causa de puertas hacia el exterior y recibe los rayos del sol
en las mañanas y en las tardes por medio de ventanas orientadas hacia el este y
oeste, en forma similar a lo que ocurre en el ambiente de uso múltiple.
Además recibe la calefacci6n del fogón de la cocina, para abrigar el espacio
durante las noches.
"El dormitorio comunica directamente con los servicios higiénicos (si los
hubiera) e igualmente con el ambiente de uso mú1tiple. El servicio higiénico
puede incorporarse a la vivienda, debiendo tener:
a)Un inodoro tipo turco .
b) Una ducha
c)Un lavatorio
El servicio higiénico se encuentra sujeto a la posibilidad de contar con
abastecimiento de agua potable; en caso de no contar con tal servicio, siempre se
puede disponer del servicio higiénico, pero el agua deberá proveerse de otra
manera. Para usar la ducha en el interior de la vivienda es recomendable
temperar el agua mediante energía solar sin embargo, la casa normal no incluye
necesariamente tal servicio.
________________________________________________________________________
(1) Para mayor informaci6n, consultar el manual E-3 "Construcción y Uso de Termas Solares"
312
La orientación de la casa es muy importante, el eje principal de ella es el eje
ESTE - OESTE y el "estar" de reunión se orienta hacia donde nace el sol,
mientras que las ventanas de los dormitorios, as! como del ambiente de uso
mú1tiple, se orientan hacia el ESTE y OESTE.
La cocina recibe iluminación durante la mañana, lo cual resulta muy
conveniente.
Los pisos de la casa son de tierra compactada, ladrillo de arcilla cocida, madera
o petate, excepto en la cocina en que el piso es cemento, piedra acomodada, u
otro material resistente a la humedad.
La altura de los muros perimétricos es de 2.30 m; los vanos de las puertas y
ventanas llevan un dintel de madera, que forma parte de una viga collar de
madera, que se cóloca encima de los muros perimétricos y que sirve para
sooortar el techo.
La viga collar se compone de troncos de madera de 2.00m. de longitud,
traspasados para conformar un anillo cerrado.
En la zona de recibo, la viga collar se apoya en los muros y en los pilares.
A la altura de 2.30 m., la vivienda puede llevar un cielo raso, con la finalidad de
conformar en la casa un terrado que sirva como depósito de algunas cosas o
productos. En ese caso se procede a colocar viguetas de madera de sección
circular ∅ 4", tal como se muestra en las figuras 4.7, 4.8, 4.9
La zona de le cocina puede llevar o no cielo raso; el estar y el ser-
313
314
315
316
vicio higiénico no llevan cielo raso. El acceso al terrado se hace por la cocina,
mediante una escalera de madera móvil del tipo que se usa en construcción.
El techo de la casa circular tiene la forma de un cono de base circular; tiene
estructura de soporte de madera, conformada por viguetas de sección circular de
4" de diámetro, que se apoyan en los muros perimétricos y en el muro central
que sirve de. chimenea.
la cobertura que se usa será de paja, pudiendo usar también, tejas de arcilla o de
cemento.
Con la finalidad de proteger a los muros contra la humedad, el techo tendrá un
alero en todo el perímetro de la casa, de un ancho no menor de 0.80 m., así
mismo la casa tendrá una vereda perimetral con pendiente hacia el exterior
(2%), de material impermeable tal como piedras acomodadas. El drenaje de
agua de lluvias se hará usando una canaleta perimetral que tenga desfogue, de
0.20 x 0.20 m., como mínimo.
4.3 TECNICA CONSTRUTIVA
Una ventaja notoria de la casa circular es su facilidad de construcción. El
replanteo de la casa circular es muy fácil, bastará con tener limpio el terreno
escogido y clavar una estaca que representa el centro de la casa. Usando una
wincha, un alambre, un carrizo, una vara de madera o un cordel y haciendo
centro en la estaca clavada, se describirá mediante circunferencias, el borde
exterior e interior del muro perimétrico con la finalidad de excavar los
cimientos. El muro tendrá un ancho de 0.40 m., por lo cual la zanja para
cimientos tendrá un ancho similar y una profundidad de 0.50 m. (según el
terreno de cimentaci6n). También deberá describirse el muro de la cocina en su
parte circular.
luego se determinará la línea NORTE - SUR y se trazarán los ejes NORTE SUR y ESTE - OESTE.
luego se determinará el ancho del "estar" de entrada y se trazarán
317
los muros rectos, de tal manera que resulten tangentes al muro interior.
El muro de entrada a la cocina se replantea muy fácilmente.
Los cimientos se construyen con piedras acomodadas con barro arenoso. Se
debe recordar que, una vez excavada la zanja, primero se coloca una capa de
barro arenoso en el fondo y luego se colocarán las piedras encima,
acomodándolas a mano, de tal manera que descansan totalmente apoyadas;
luego se agregará una delgada capa de barro arenoso y se seguirán acomodando
las piedras buscando que ellas se apoyen entre sí y que el barro sólo rellene los
espacios libres. Las piedras a usar deben ser angulosas, de cerro y no cantos
rodados de ríos. Si se dispone de buenas piedras será conveniente hacer un
sobrecimiento similar al cimiento hasta una altura de 0.3 m. sobre el nivel del
suelo natural, pero si no se dispone de buena Calidad de piedra, lo mejor es
levantar el muro usando adobes directamente.
Para colocar los adobes en su lugar es recomendable usar un escanti1lón de
madera; para lo cual es necesario fijar a una varilla derecha de madera bien
vertical encima de la estaca central. Para lograr esto se debe usar plomada y
corta vientos o cuerdas que sujeten al ja1ón.
El escantillón será una varilla de madera de lonqitud igual al radio
318
interior de la casa; uno de sus extremos se apoya en el ja1ón y el otro señala el
lugar donde se ubicará el centro de cada adobe.
La construcción de los muros rectos se realiza de la manera descrita descrita en
el l Manual I-1.
El cielo raso y el techo se construyen como se describe en el Manual 1 - 3 }.
319
FASCICULO
1- 7:
INFRAESTRUCTURA BASICA DE
SALUD
CONTENIDOS
Contrariamente a lo que muchos podrían esperar a base del titulo
(“Infraestructura básica de salud"), el presente fasciculo no trata de la
construcción de postas y centros de salud (ver I-8), es decir de lugares de
curación de enfermedades, sino de obras destinadas a producir una mejor salud:
obtención de agua para fines domésticos e Instalación de sistemas de agua en
asentamientos humanos; eliminación o reciclaje de excretas y aguas servidas, En
ambos casos, se busca partir de las costumbres y necesidades concretas de los
campesinos, más que de un modelo urbano de vida e higíene, para poder
encontrar alternativas viablesde1 punto de vista social, económico y cultural,
La parte I (“Introducción”) resume los objetivos,
La parte II (“ Abastecimiento de agua para fines municipa1es”) se ocupa
sucesivamente del cálculo del consumo, del problema de las captaciones de
agua, de las tuberías de conducción, del almacenamiento y de la distribución.
En cuanto a captaciones de agua. se examinan sucesivamente los pequeños
cursos de agua superficial o subsuperflcial (desarrollando especialmente técnicas
para este último caso, con los cálculos pertinentes), los manantiales o puquios,
las aguas subterráneas en cauces de quebradas {modalidad en la cual el SESA ha
adquirido cierta experiencia por la escasez de agua en Cajamarca), y las aguas
de lluvia con cisternas de almacenamiento, terminándose sobre la técnica de las
cajas de regulación.
Para las tuberlas de conducción se estudian siete figuras de caso, según la altura
de la tubería en función de la carga estática y la presión atmosférica.
El almacenamiento de agua lleva a calcular y explIcar los volumenes necesarios
y las alternativas de tanques superfIciales y enterrados, priorizando los de forma
circular .
Para el diseño de tuberias de distribución, se emplea el método de Hunter y se
realizan varios ejercicios con él.
La parte III (“Tratamlento de aguas servidas”) se ocupa del problema de los
desagües. Comienza con una ref1exlón sobre el concepto de desperdicio y sus
diferencias entre la ciudad y el campo, particularmente en cuanto a excretas y
aguas negras. Analiza el1mpacto y los problemas de proyectos que intentan
imponer el uso de letrinas, más aún cuando se les agrega una "taza"
que se vuelve rápidamente antihigiénica. Con esta actitud se
analizan la eliminación tradicional de excretas, las letrinas y sus
320
fórmu1as más v1ables, la moda1idad de las fosas sépticas, de los pozos
absorbentes y de los drenes subterráneos, los separadores de grasas para aguas
de lavaderos.
Retomando, 1ntegrando y completando las técnicas anteriormente expuestas,
esta parte termina presentando el SUTRANE (SIstema Unico de Tratamiento y
Reuso de Agua, Nutrientes y Energía) que el SESA instaló en forma
experimental en Aylambo. Comprende: trampa de grasas para aguas de
lavaderos; otra para aguas de cocina; blodigestores gemelos; poza de f11trado
biológico; campo secundario; y estanque colector de aguas semitratadas o
semifiltradas. Estas instalaciones, además de permitir el reuso posterior del
agua, sirven para producir sucesivamente grasas para jabón, blogás y bioabono,
hortalizas y peces. La descripción gráfIca del SUTRANE está en los planos de
Aylambo 1nsertos en el fascículo H- 7 (tomo 10).
APORTES
Se pueden ver en este fascículo múltiples aportes que corresponden a
concepciones y a técnicas de trabajo.
En cuanto a concepciones, resalta el enfoque con el cual se analizan. los
crIterios para captación de agua (cauces de quebradas), para tanques de
almacenamiento (determinación del consumo y de la obra más "rentable"), para
eliminación de excretas y de aguas negras.
Menos visible y no menos importante es la concepción de salud implícita en
todo el texto. Este material Inserta la salud en la real1dad del ecosistema y su
problemática, respetando los equilibrios y tratando de mejorarlos, en lugar de
tratar de imponer normas supuestamente universales de higiene, aseo y
saneamiento ambiental.
Entre las técnicas estudiadas, destaca el aporte del SUTRANE, no solamente
por el diseño concreto que se está experimentando, sino también como ejemplo
de búsqueda de alternativas adecuadas por parte de una entidad como el SESA.
COMPLEMENTOS
A los excelentes aportes de este fascículo, los usuarios de otras partes podrian
agregar sus propias experiencias locales en captación y almacenamiento de
aguas para usos domésticos, en recclaje de aguas servidas, etc... .
321
USOS
Cada una de las dos principales partes del fasciculo puede ser aprovechada por
separado ya que tocan dos fases dIferentes de un mismo, proceso: el
aprovisionamiento en agua para uso doméstico, la eliminación de aguas de uso
doméstico. En el primer caso, el texto combina explicaciones accesibles para
todo públlco con el manejo de fórmulas y cálculos de mayor complejidad. En el
segundo, la presentación es mas descriptiva ya que las obras mas dificlles de
construir están en otros fascículos (E-I, tomo 8, para los digestores).
Precisamente, por la dispersión a lo largo de todo el Manual de las referencias y
obras relativas al manejo de aguas, se podrá aprovechar el presente fasciculo
para el análisis de la problemática general del agua, combinando sus aportes con
los elementos de otros materiales (ver el tema agua en el tomo I de
presentación).
322
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326
Nombre de la Práctica
INFRAESTRUCTURA BASICA DE SALUD
(Codigo I-7)
I. INTRODUCION
1.1 DESCRIPCION
El presente manual. Infraestructura básica de salud. comprende todas aquellas
actividades qüe el SESA - Cajamarca realiza con fines de saneamiento en los
Centros de Animación y Caseríos: abastecimiento de agua municipal
(Captaciones de agua, conducción, almacenamiento. distribución) y tratamiento
de aguas servidas.
1.2 OBJETIVOS
Constituye objetivo de esta práctica: dar a conocer una serie de técnicas de
sencilla aplicación para el ámbito rural. como en el caso del SESA. relacionadas
con la infraestructura de salud.
Las captaciones de agua. principalmente para consumo doméstico tienen su
fuente principal en manantiales, agua sub-superficial de las quebradas y la
lluvia. y generalmente se trata de pequeños caudales; sin embargo con fines
ilustrativos se explica el funcionamiento de una toma semirústica para pequeños
riachuelos. debiendo aclarar que en el ámbito del SESA los cursos de carácter
permanente son muy escasos. abundando en cambio las quebradas de tipo
eventual que sólo registran caudales 3 a 5 meses del año.
Las técnica de tratamiento de aguas servidas incluyen entre otras, las letrinas.
fosas sépticas y el SUTRANE como las más aplicables para las condiciones
rurales de Cajamarca. El SUTRANE. sistema unitario de tratamiento y reuso de
agua. nutrientes y energía. es una técnica novedosa y desde hace poco tiempo
puesta en uso por el SESA en la zona de Aylambo.
Las técnicas sencillas de construcción y los requerimientos de pequeña inversión
en combinación con el uso integral de los recursos que utiliza. así como sus
bensficios en cuanto a conservación de la energía y preservación del medio
ambiente. hacen que se constituya en una alternativa interesante para el
desarrollo rural.
327
II ABASTECIMIENTO DE AGUA PARA FINES MUNICIPALES
2.1 CONSUMO DE AGUA PARA POBLACION RURAL
El consumo de agua se refiere a la cantidad que se requiere de ella para
satisfacer las necesidades básicas de salud, alimentación, higiene, etc.
El conocimiento del consumo de agua es necesario para dimensionar una obra, o
para establecer el límite de uso que puede tener.
El consumo depende de rnuchos factores, tales como clima, costumbres, fechas,
tipo de trabajo que se desarrolla, etc., y por tanto existen muchos criterios para
la determinación de las necesidades reales, provocando casi siempre la tendencia
a sobredimensionar los cálculos, que dan como resultado diseños no adaptados a
las necesidades, con el consiguiente encarecimiento de las obras, que se vuelven
económicamente imposibles de ejecutar.
En la siguiente relación se pretende indicar los niveles de consumo promedio
para el caso del área rural de Cajamarca, sin que ocasione deroches de agua.
Como ocurre en el ámbito de influencia del SESA, se parte del hecho
que en la actualidad no se cuenta con el Servicio de agua, por tanto los
I
328
consumos indicados representan los requerimientos iniciales de la población que
comienza a disponer del Servicio de agua potable. Estos consumos se irán
incrementando conforme aumente el nivel de vida del poblador y paralelamente
se estudiará también la posibilidad de mejorar los servicios, de cambiarlos por
otros, etc.
Para los fines de trabajo del Servicio Silvo Agropecuario, los consumos
anotados se consideran satisfactorios.
El consumo de agua de toda una poblaci6n se calcula multiplicando los
consumos individuales anotados, por el número total de consumidores.
Para el diseño de obras hidráulicas es necesario considerar la población futura,
que puede ser estimada mediante procedimientos gráficos, analíticos o
comparativos; requiriendo generalmente procedimientos estadísticos, para
proyectar la población a 5, 10,' 15, 2O, 25. 30 aríos o más. En estos cálculos se
debe proceder con mucho cuidado; .por un lado, definir la proyección para un
número limitado de años puede ocasionar el diseño deficiente de una obra; por
otro lado considerar un número muy prolongado de años podrá ocasionar un
diseño sobredimensionado, que satisfaga plenamente los requerimientos de la
población proyectada, pero que resulta muy costoso para la población actual,
que es la que generalmente asume la totalidad o parte del costo de las obras. Por
lo tanto es recomendable no emplear ninguno de los dos extremos
Una proyección de 10 años como mínimo y de 20 años cono máximo resulta
conveniente.
Multiplicando la ppblación futura por el consumo individual o percápita. se
obtiene una cantidad que representa el consumo "promedio" que se requerirá
para el año proyectado.
El consumo promedio es solamente un INDICE que permite adoptar criterios de
diseño, mientras que el consumo real tiene un comportamiento diferente; varía
día a día según la época del año y también de hora en hora en el transcurso de un
día.
Existe en todo el año un día en el cual el consumo es el máximo. A este día se le
llama DIA DE MAXIMO CONSUMO ANUAL. El consumo de este día
329
se puede estimar multiplicando el consumo promedio diario por el coeficiente
que varía de 1.2 a 1.5.
Igualmente, existe una hora en todo el año en la cual el consumo es máximo,
que se denomina MAXIMO ANUAL DE CONSUMO HORARIO, Y se puede
estimar multiplicando el consumo promedio por un coeficiente que varía entre
2.0 y 2.5.
Muchas instalaciones se deben diseñar para soportar bien los consumos del DIA
DE MAXIMO CONSUMO ANUAL o de la HORA DE MAXIMO COMSUMO
ANUAL, por lo cual sus valores deben calcularse, pero se debe tener en cuenta
que estos máximos ocurrirán en el futuro y no en el presente. En caso de
dimensionar las instalaciones con el CONSUMO PROMEDIO y no con los
máximos consumos, el diseño funcionará eficientemente un menor tiempo y más
adelante mostrará deficiencias sobre todo en las llamadas "horas punta", horas
en las cuales el consumo crece debido a que la mayoría de los pobladores, en
forma simultánea, utilizan el agua.
Ejemplo_:
Una población actual de 300 pobladores, crecerá en el futuro, llegando a 450 en
15 años. Encuentre el consumo promedio y los máximos consumos diario y
horario.
Solución:
- Consumo por poblador
- Consumo promedio diario
- Máximó Consumo diario
- Consumo Promedio horario
- Máximo consumo horario
= 40 lit/persona/día
= 450 x 40
= 18,000 lit/día
= 18,000 x 1.2
= 21,600 litros.
= 750 lit/hora
= 18,00°
24 ,
=
750 x 2.0
= 1,500 lit/hora.
El agua que se requiere para el ganado, para la artesanía, para la escuela, etc., se
deberá calcular en forma separada.
330
2.2 CAPTACIONES DE AGUA
Las captaciones de agua que se suelen encontrar en el ámbito rural de Cajamarca
pueden clasificarse en:
A.- Captaciones en pequeños cursos de agua superficial o sub superficial.
B.- Captaciones en manantiales.
C.- Captación de agua subterránea en cauces de quebradas.
D.- Captación de agua de lluvia.
Las captaciones de cursos de agua superficial con estructura de carácter
permanente (azudes de concreto o manpostería en el cauce del río), ríos con
caudales de cierta magnitud, generalmente asociados a proyectos de riego e
hidroenergéticos, escapan del alcance del presente manual.
A. CAPTACIONES EN PEQUEÑOS CURSOS DE AGUA SUPERFICIAL O
SUB SUPERFICIAL.
Las captaciones o tomas de cursos de agua superficial que tienen interés en
pequeñas áreas de desarrollo rural se realizan principalmente con el objetivo de
satisfacer necesidades domésticas, y los caudales involucrados son relativamente
pequeños, para atender a pequeños grupos poblacionales con alto grado de
dispersión como en el caso del SESA – Cajamarca.
Los cursos de agua superficial con cierta permanencia de caudales son escasos
en el ámbito del SESA. abundando los cursos de carácter eventual.
Correspondientemente., el área bajo riego es insignificante.
Son comunes en cambio las captaciones de manantiales y de agua subsuperficial en las quebradas.
En las captaciones de agua superficial as importante conocer el régimen de
escorrentía del río. El caudal mínimo en los meses de estiaje con cierta
probabilidad de ocurrencia permitirá definir el límite seguro de abastecimiento
para compararlo con las necesidades estimadas; para calcular caudales mínimos
es ideal contar con un peródode registros de aforos, raras veces disponibles.
Existen métodos indirectos empleando técnicas hidrológicas para su estimación,
en función da datos de pluviosidad, características físicas del área de drenaje y
algunos aforos de chequeo, que requieran la intervención de especialistas, sobre
todo cuando la inversión o la importancia de la obra a ejecutar necesita cierta
garantía.
331
Cuando se trata de aprovechamientos muy pequeños y esporádicos, para regar
complementariamente pequeñas parcelas o abastecer unos pocos predios con
agua para fines domésticos o alimentar una piscigranja a nivel artesanal, tales
cálculos no son necesarios, siendo suficiente conocer por referencias del lugar el
nivel mínimo en el río.
Los caudales máximos (1) son importantes cuando se tiene una captación de
carácter permanente a la que se quiere proteger. En las obras pequeñas de
carácter eventual, no tienen mayor signjficación.
Se describirán a continuación tres tipos de captaciones de agua superficial para
pequeños caudales.
a.- Toma directa con dique deflectorde piedras o palos. sin ninguna estructura
de control.
Este tipo de captación es adecuada cuando se trata de un río cuyo caudal en
estiaje es mayor que el gasto deseado a derivar.
En estos casos no es necesario elevar el tirante de agua en el río; bastará
solamente un pequeño dique de palos o piedras con champa para dirigir el
agua hacia e1 caudia1 de ingreso; el ángulo que forma la pequeña presa
deflectora con el eje del río puede ser de 45º aproximadamente o menos (rig.
Nº 2.1).
La ubicación de 1a toma debe situarse en lugares rectos, con cauce definido,
sin peligro de derrumbes y pendiente aproximadamente uniforme; si hubiera
necesidad de ubicarla en una curva, es preferible buscar la orilla en donde no
se depositan muchos acarreos.
El dique deflector es de carácter eventual y puede destruirse con el paso de
una avenida máxima, siendo necesario reponerlo en la época de estiaje. .
b. Toma con represa de piedras, gaviones o concreto cic1ópeo y control de
caudal en el canal de inqreso.
Estas tomas son de carácter más permanente que las anteriores. La presa o azud
se constcuye de piedras, piedras con malla de alambre (gaviones) o de concreto
ciclópeo para una cierta duración de años,
_____________________________________________________________________________________________
(1) Para el cálculo de Caudales Máximos en pequeñas áreas de drenaje, consultar el Manual : I-1 "Cálculo de Escorrentias
Máximas para el diseño de sistemas de conservación”.
332
transversalmente al cauce del riachuelo, con la finalidad de elevar el tirante.
Estas presas se diseñan generalmente para derivar la totalidad del caudal de
estiaje o gran parte de él. Deben ser suficientemente resistentes al vuelco y
deslizamiento (1), así como ser capaces de soportar las avenidas máximas, en
cuyo caso funcionan como vertedero.
Este tipo de tomas consta generalmente de una compuerta de madera en el eje de
la presa, muy cerca de la ventana de ingreso al canal a fin de poder efectuar la
limpia de los sedimentos acumulados aguas arriba de la presa, un desripiador en
el canal de ingreso y un vertedero lateral de excedencias que desemboca al río
aguas abajo. Es recomendable evitar el uso de compuertas de control del gasto,
ya que las tomas generalmente se ubican en lugares aislados, siendo difícil que
se puedan manejar y mantener.
Por lo tanto conviene diseñar estas tomas con secciones de control (2) y
vertederos de excedencias que, automáticamente controlen el caudal de ingreso
al canal.
Este límite de aplicación para las tomas descritas en este acápite es inferior a
0.7m3/seg.
La Fig. (2.2) muestra un diseño práctico para este tipo de tomas, en donde se han
evitado las compuertas, controlando el caudal de ingreso mediante una sección
de control tipo crificio sumergido (1) y otra, aguas abajo, representada por un
estrechamiento de sección son sobre elevación de fondo que trabaja en
combinación con un vertedero lateral de excedencias.
____________________________________________________________________________________________
(1) Sobre el análisis de estabilidad del azud, el procedimiento es similar al explicado para muros de contención
considerando la sub presión. Véase Cap. II del Manual 1-3, sobre muros de Contención.
(2) Sección de Control: Ver glosario de términos del Manual H-8 "Alcantarillas".
333
334
335
b.1 Ubicaciónde la toma.
Las consideraciones que se deben tener en cuenta para la ubicación de la
toma con represa son similares a las indicadas en el acápite (A.a).
Adicionalmente, deben considerarse aspectos topográficos y geo1ógicos; es
decir que se deben buscar lugares para el canal de derivación donde la
inclinación de la ladera no es muy pronunciada de manera que no resulten
cortes excesivos; geo1ógicamente la zona debe ser estable, sin peligro de
derrumbes. El suelo de cimentación debe ser firme, preferentemente rocoso,
conglomerado o grava cimentada.
El ángulo que forma el eje del canal de derivación con el eje del río puede ser
hasta 50º o menos; el eje de la ventana de ingreso puede tener
aproximadamente hasta 20º de ángulo con respecto al eje del río.
Cuanto menor sea este ángulo la limpia de sedimentos frente a la ventana de
ingreso será más eficiente.
b.2 Azud y ventana de ingreso.
- La altura del azud con respecto al lecho del riachuelo se fijará de acuerdo a
la carga hidráulica requerida para hacer ingreso el caudal de diseño al canal
de ingreso. Se debe procurar que dicha altura sea la menor posible, a fin de
no disturbar el régimen natural del curso de agua, recomendándose una
altura entre 0.50 y 0.80 m.
- Tratándose de caudales de diseño pequeño (entre 100 y 600 lit/seg.), es
recomendable trabajar con cargas hidráulicas pequeñas sobre el vertedero
de la ventana de ingreso, entre 0.20 y 0.35 m.
- El labio inferior de la ventana de ingreso o vertedero debe estar entre 0.30 y
0.50 m. sobre el lecho del río para impedir que ingrese el material de
arrostre. También con este fin se colocan rieles o barrotes anclados al piso
frente a la ventana de captación o sobre el sardinel del canal de limpia
frente a la ventana, a manera de peine, para retener así mismo el material
flotante como palos, ramas, etc. algunos diseños incluyen los barrotes
336
En la misma ventana, pero este arreglo tiene el inconveniente de que se
puede obturar la ventana, haciendo más difícil la labor de mantenimiento y
limpieza
- El canal de limpia, frente a la ventana de ingreso, debe tener 1 m. de
ancho aproximadamente.
- El vertedero de entrada debe trabajar a descarga libre o con una
sumergencia no mayor de 70%, es decir que la cota de agua en el canal
aguas abajo del vertedero debe ser 1/3 más baja que la carga de agua
sobre el vertedero (h/H menor o igual a 70%). De esta manera se
garantiza que el caudal de diseño pueda ser derivado.
- Los tipos de azud más práctico para este tipo de toma semi-rústica, son
los de concreto ciclópeo o de piedras en caja de malla de alambre
(gaviones) como muestra la Fig. 2.4. También puede ser de manposte-
337
338
forma curva especial es el llamado perfil Greager, que como vertedero tiene
alta eficiencia, pero obviamente su ejecución exige mayor cuidado, lo cual no
lo hace práctico para el tipo de toma aquí propuesto, de construcción
semirústica.
- Según la forma de la cresta, los azudes tendrán diferentes coeficientes de
gastos, para el paso de la avenida máxima.
La carga sobre el vertedero (azud) se calcula según :
339
Estos azudes están limitados a cargas pequeñas para caudales no mayores a
1m3/seg/ml.
- En 1a figura 2.5 puede observarse que las formas geométricas, de la parte
enterrada de los azudes varía, presentando mayores longitudes que otras.
Esto depende del tipo de suelo sobre el que se apoyará el cuerpo del azud
Según el criterio de Blight (1), habrá que proveer la longitud mínima
necesaria para evitar la socavción por debajo del azud.
- Es necesario chequear la estabilidad del azud al vuelco y des1izamiento (2).
- La profundidad del colchón hidráulico debe calcu1arse de manera que el
estirante conjugado del salto (3) tenga una cota igual o inferior al tirante de
agua río abajo.
Siempre es conveniente poner un zampeado de piedra acomodada después
del colchón, para eveitar la socavación en el extremo del mismo. La longitud
del zampeado tanto aguas arriba del azud como aguas abajo del co1chón
debe ser 5 veces el tirante máximo del río, cono mínimo.
b.3 Canal de ingreso, desripiador y sección de control { (Fig. 2.2)
En este tramo las párticulas más gruesas decantarán. Si bien el canal
tiene la misma pendiente que el canal que continúa aguas abajo después
de la sección de control
{
, de todas maneras se logrará. Un flujo
super-crítico por el tramo de canal desripiador que desemboca al río,
debido a la diferencia de carga hidráulica entre la ventana de ingreso y
el tirante de agua en el río después del co1chón, en una longitud re-
______________________________________________________________________________________
(1) para el cálculo del recorrido de filtración mínimo por débajo del .azud y de la subpresión a que está sometido,
consultar el cap. II. Muros de Contención, del Manual I-3 “Estructuras básicas y equipamiento General”.
(2) Consultar Cap. II, Muros de Contenci6n, del Manual I-3
(3) Este cáculo es similar a lo explicado para el cálculo de los tirantes del salto hidráulico después de una caida
inclinada o vertical; consultar el Manual H-6 "Caidas de agua en Canales Abiertos".
340
lativamente corta
por eso el canal desripiador se diseña de tal manera que desemboque a una
Cotarr encima (o igual) del tirante de la avenida máxima.
La sección de control { es una especiee de ventana, cuyo fondo coincide con
el canal pasando el caudal de diseño sin remanso; en época de avenida
máxima, cuando sube el tirante en é1, el labio superior de la ventan hace que
se comporte como orificio sumergido, controlando parcialmente el caudal,
que logra pasar. Este caudal que pasa y que es algo superior al caudal de
diseño, estará en función de la carga hidráulica que se produce
inmediatamente aguas arriba de la ventana, aplicando la fórmula para
orificios sumergidos Q= µA√2gh, en donde (h) es la carga hidráulica aguas
arriba del orificio (diferencia de niveles entre la superficie de agua arriba y
abajo del orificio).
El coeficiente de descarga para el orificio rectangular sumergido sería µ =
0.70 y en condiciones de descarga libre, µ = 0.9
Debe comprobarse, para el cudal de diseño, que el tirante en el caudal de
ingreso sea 1/3 más bajo que la superficie del agua en la ventana de ingreso
(osea la cota de coronación del azud). Este cálculo empieza conociendo el
tirante normal del caudal de diseño en el canal aguas debajo de la sección de
control {
b.4 Canal entre la Sección de Control { y el Desarenador
Debe diseñarse este canal de tal manera que la velocidad del agua esté
comprendida entre 1.30 y 1.70 m/seg. De esta manera se evita que decanten
párticulas de arena entre 1.3 y 2. mm. Su capacidad de conducción máxima
debe ser compatible con el caudal máximo que logre pasar por la sección de
control.
b.5 Desarenador, vertedero lateral de excedencia y sección de control 
Estas tres estructuras se pueden diseñar en un solo conjunto, que deberá
ubicarse a cierta distancia aguas debajo de la ventana de ingreso, en un lugar
en donde exista suficiente desnivel con relación al río, para poder efectuar la
labor de lavado. ( fig. 2.2).
341
- El desarenador deberá diseñarse para decantar partículas de diámetro mayor
al que pueda transportar el canal de conducci6n aguas abajo. Es decir que,si
el canal de conducción tiene una velocidad mínima de 1 m/seg, se deberá
diseñar un desarenador que puede decantar partículas mayores de 0.8 m m.
(Ver cuadro Nº 2.1).
En terminos generales, los desarenadores deben diseñarse para decantar
partículas mayores de 0.5 m. m. ya que la velocidad mínima en canales es
comúnmente de 0.8 m/ seg. La velocidad en el desarenador deberá estar
comprendida entre 0.2 y 0.5 m/seg. Generalmente se asume una velocidad y
una profundidad en el decantador, aplicando luego la siguiente fórmula para
hallar la longitud del mismo:
hv
L = ----------- donde
U -w
h=
v=
profundidad de agua en el desarenador
velocidad de agua en el desarenador.
U=
velocidad de decantación para una partícula de diámetro
determinado (cuadro Nº 2.2) según STOKES.
w = velocidad de una partícula en movimiento producido por la turbulación
342
v
w = -------------------5.7 + 2.3 h
Por ejemplo, si se desea decantar partículas mayores a 0.5 m m para el canal
cuya velocidad mínima será 0.8 m/seg:
(asumiendo una profundidad de 1.00 m y una velocidad de 0.20 m/seg en el
desarenador)
U = 0.67 m/seg. (Cuadro 2.2 para un peso específico de 1.033)
W
=
(0.2)
5.7 + 2.3 (1.0)
= 0.025 m/s
343
L=
(1.0) (0.2.)
0.067 - 0.025
=
O.2.0
= 4.76 ≅ 5 m.
O.042
Es recomendable diseñar la profundidad considerando que una parte estará
ocupada con sedimentos. El fondo del desarenador deberá tener una pendiente
fuerte (2-4 %) para el proceso de lavado, que se logra colocando una compuerta
de fondo en el desarenador. La pendiente transversal del fondo puede ser de 10 a
20 %.
- La sección de control  está formada por un estrechamiento lateral con
sobreelevación de fondo para calcular las diferentes cargas que se producen
aguas arriba de dicha sección, para diferentes caudales puede considerarse que
flunciona como un vertedor de cresta ancha, en donde µ= 0.45 ya que existen
tres contracciones {dos laterales y una de fondo), determinándose así una
curva de rerdimiento.
- El vertedero lateral funcionará en conjunto con la secci6n de control ,
estando el labio a una cota igual o ligeramente mayor a la que produce el
caudal de diseño, aguas arriba de la sección de control . El caudal en exceso
que ingresó por la sección de control
{ deberá evacuarse por este vertedero lateral. Para efectos del cálculo, es
necesario determinar una curva de rendimiento del vertedero lateral (carga
sobre la cresta, h, versus caudal evacuando, Q), que se calcula considerando la
fórmula del vertedero anteriormente mencionada, con un valor de µ
seleccionada según la geometría de la cresta (Fig.2.6), y un valor asumido para
la longitud del vertedero. Luego se establece una comparación entre ambas
curvas (sección control  y vertedero lateral), de manera que para una cota o
carga sobre ambas estructuras corresponden dos caudales, uno que ingresa por
la sección de control  y otro que se evacúa por el vertedero.
Debe encontrarse una cota nivel de agua tal que la suma de ambos caudales
iguales al caudal máximo que ingresa en avenida por la sección {. De no ser
así el cálculo deberá repetirse probando con una longitud de vertedero mayor.
344
345
346
347
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350
- Es decir, en avenida máxima ingresarán 0.300 m3/s al canal, siendo la carga
aguas arriba del orificio (sección {), 0.92 m. por lo tanto el canal en e1 tramo
aguas abajo de la secgi6n
{ deberá tener una profundidad mayor a 0.32 m;
con una profundidad de 0.40 m. es suficiente.
- Canal Desripiador. Empieza en la cota 100.23 al lado de la sección de control
{, y debe desembocar a río, encima de la cota 100.02 (cota del espejo de agua
río abajo del colchón, en avenida máxirna) es decir que, aún en estiaje, habrá
carga hidráulica de 100.60 - 100.02 = 0.58 m. para provocar un flujo
supercrítico que limpia los sedimentos ( la gradiente hidráulica será de:
0.58 ≅ 6 %
10 m
- Vertedero lateral de demasías y secci6n control
Después de la sección de control


el canal es el mismo aunque con una
profundiad menor, ya que el caudal excedente será evacuado por el vertedero
lateral.
- Suponiendo que el tramo de canal comprendido entre ambas secciones de
control sea de 35 m, si el río tiene 8 % de pendiente tendremos suficiente
desnivel para ubicar el desarenador.
- El labio del vertedero lateral estará en la cota 100.02 + 0.25 = 100.27. para el
caudal de diseño pase sin rebosar, (Fig.2.12).
- Curva de rendimiento de la sección

351
352
por la sección (2), 0.260 m3/s (que significarían un tirante de 0.29 m,
soportables en el canal, ya que la profundidad total es 0.35 m) y salen por el
vertedero 0.054 m3/seg. Luego, un vertedero de L = 3 m es suficiente.
- Desarenador.
Para el caudal de diseño Q = 0.200 m3/seg, la velocidad de conducción aguas
abajo del desarenador es 1.28 m3/s. Pero cu.ando pasan 1/3 Q = 0.070 m3/s, la
velocidad será:
Q = 0.07 = 0.88 m/seg.; es decir que el decan tador debe sedimentar
A
0.08
partículas iguales o mayores a 0.5 mm.
n = 0.018
s = 0.007
Yn = 0.14 m ;
- Asumiendo en el desarenador una velocidad de 0.2 m/s y una profundidad
de 1m.
h = 1 m.
v = 0.20 m/seg
.
A = 0.20012. = 1 m2
0.20
pero se llena de 0.30 m. de sedimento, se tendría:
h’ = 0.70 m, con lo que
:
b’ x 0.7 = 1 m2
b = 1.43 m. .
usaremos b` = 1.50 m.
6.7 cm/seg. = 0.067 m/s (cuadro 2.2)
353
0.20
w --------------------- = 0.025 m/s
5.7 + 2.3 (1 )
hv
1 ( 0.2 )
L = ----------- = ------------------------- = 4.76 ≅ 5 m.
U- w
0.067 – 0.025
c. Toma de agua sub-superficial, con presa de núcleo impermeable y tubos
fi1trantes bajo el lecho del riachuelo.
Estas tomas, a diferencia de lo explicado en (a.2), captan caudales reducidos
de la napa freática sub-superficial, siendo por lo tanto adecuadas para fines
de abastecimiento de agua para uso domético y no para riego.
Esta captación es más simple y duradera que la descrita anteriormente.
Consiste en colocar tuberías perforadas dentro del cauce.
Para hacer este tipo de captaciones se requiere un dique transversal en el río o
quebrada a modo de azud, pero que no eleve el nivel del río, sino que
simplemente genere un "embalse" debajo de la superficie del río
interceptando las líneas de f1ujo sub-superficial
Si se preve que en el futuro se van a presentar erosiones aguas abajo, será
necesario darle una forma azud.
Las tuberías de 4", 6" u 8" de diámetro tienen perforaciones de 1/2" cada
10cms. en 3 líneas colocadas en la directriz superior y 5 cm. de distancia,
encargándose de captar y conducir el agua hacia una caja de inspección
colocada lateralmente. Las tuberías tienen una pendiente no menor de 1 %
hacia la caja y se debe lograr una velocidad del agua, en su interior, entre 2 a
4 m/seg. con la finalidad de no favorecer la sedimentación. La tubería debe
ser lo suficientemente fuerte como para soportar el peso del enrocado más los
efectos de la presión del agua y el impacto en las avenidas; se re comienda
tubería para el agua clase 10.
354
355
La profundidad de colocaci6n de las tuberías no debe ser menor de 0.80 m.
con la finalidad de disminuir los efectos de las presiones; la parte inferior de
ellas puede descansar en un solado de concreto cic1ópeo o en una "grada" del
muro.
Un problema que debe esperarse en el enrocado acomodado a mano es que se
colme de sedimentos finos y se obstruya disminuyendo el caudal que captan
las tuberías o cerrándolas completamente. En este caso será necesario
efectuar una limpieza a mano del cauce aguas arriba, retirando el relleno
efectuado, y.volviéndolo a acomodar después de retirar la arena acumulada.
356
También es posible colocar tuberías paralelas al río con su inicio aguas arriba
del azud, con la finalidad de usarlas como compuertas para eliminación de
sedimentos; sin embargo ello encarece la obra y requiere válvulas de control
en cada tubería.
Las avenidas del río deben pasar por la parte superior del muro sin afectar
mayormente la toma; sin embargo, en caso de presentarse erosión aguas
abajo, el muro comenzará a trabajar como un azud y será necesario, llegado
el momento, construir un zampeado con dental1ón de concreto cic1ópeo o
mampostería para evitar su destrucción.
Debe anotarse que el propósito de esta obra es la captación del agua de
escorrentía sub superficial del río y no del agua subterránea.
B. CAPATACION EN MANANATIALES O PUQUIO.
Un puquio es un afloramiento de agua subterránea en algún lugar del terreno,
debido a las características geo1ógicas presentes.
Para que existan puquios es necesario que el terreno tenga zonas permeables por
las cuales discurra el agua, y zonas inpermeables, que impidan que el agua se
pierda por filtración, de tal manera que un puquio representa un equilibrio
adquirido por el agua entre dichos estratos permeables e impermeables.
El agua que sale por un puquio proviene de las lluvias que se han infiltrado
parcialmente en el terreno en la zona de la cuenca alta, y que se desplaza a modo
de agua subterránea hasta encontrar un lugar en el cual la presión interna que
lleva es superior a la presión superficial (atmosférica) y sale al terreno brotando
en forma muy regular. Puesto que el agua de los manantiales proviene de la
lluvia, el caudal que ellos soportan depende también de la temporada; en épocas
de lluvias aumentan y en sequía disminuyen hasta desaparecer incluso; sin
embargo las variaciones del caudal de un puquio son menos notorias que las
disminuciones del caudal de la escorrentía superficial, por lo cual muchos
puquios mantienen, aparentemente, un caudal constante durante todo el año.
La toma que se haga de un puquio debe manejarse con mucho cuidado
para no romper el equilibrio existente y causar inclusive, la desapari-
357
ción del puquio. El objetivo de la toma es simplemente la captación y
conducción del agua del puquio, sin tratar de almacenarla en el mismo lugar.
Previamente se debe hacer una limpieza del puquio retirando los materiales
contaminantes en un área de unos 5.00 m. a la redonda. La limpieza se hace a
mano usando herramienta comunes: pico y palana, sin forzar el terreno ni
perforar estratos impermeables. De ninguna manera se debe trabajar con
maquinaria, martillos neumáticos, etc.
Una vez limpio el suelo, se escogerá el diámetro de la camara de protección del
puquio, dependiendo de la naturaleza del terreno.
La cámara de protección del puquio es simplemente una cobertura que se coloca
encima del mismo, para evitar que ingresen a él sustancias contaminantes; tiene
forma circular y cobertura plana de concreto armado; las paredes se apoyan en
un pequeñisimo cimiento construido sin romper las rocas del suelo y se elevan
unos 0.40 m. enciima del suelo natural. El diámetro interior de la cámara varía
de 1 m. a 2 m. ó más, según las características del puquio. Sobre las paredes de
circulares de ladrillo de cemento, asentado en soga, se colocará una tapa de
concreto armado, prefabricada, con una entrada cuadrada de 0.60 x 0.60m. para
la inspección del puquio, el espesor de la losa es de 0.05 m. y lleva armadura
mínima.
La cámara de protección incluye la colocación de una tubería, en la parte baja,
por la cual escurrirá el agua del puquio fuera de la cámara, hacia la caja de
regulación. La cámara de protección de nimguna manera deberá embalsar el
agua del puquio, ni tratará de elevar su nivel.
Existen puquios que se han perdido por elevar el nivel del agua dentro de la
cámara de protección.
Tampoco debe vaciarse concreto dentro del puquio mismo, lo único
que se debe hacer es limpiar a mano y nada más. No se deben vaciar
solados, losas ni cosas parecidas en el suelo del puquio. En caso de ser
necesario para la estabilidad de las paredes, se colocará cantos
rodados grandes, dentro del puquio, simplemente colocados sin mezcla
358
de ningún tipo. El tamaño mínimo de los cantos rodados será de 6" y dejarán los
suficientes espacios libres para que el agua continue saliendo sin ninguna
dificultad.
La caja de regulaci6n (1) es otra pequeña caja similar a las cajas de registro de
desagües, que se construye a un nivel inferior con respeto al puquio y se encarga
de recibir el total del agua del puquio, de conducirla hacia la tubería de
conducción del servicio y de evacuar los excedentes mediante un rebose hacia el
cauce exterior natural por donde circulaba antes el agua del puquio.
La caja de regulación se construye con fondo de concreto para evitar la
contaminación del agua; puede tener planta rectangular ó circular.
La tubería de conducción del servicio debe llevar una válvula de com puerta en
la sálida de la caja de regulación, para suprimir el abastecimiento cuando sea
necesario, en cuyo caso toda el agua del manantial irá por el reboso hacia su
cauce exterior natural.
La tubería de conducción se coloca enterrada para su protección y conduce el
agua hacia el reservorio principal en el cual se acumula para ser usada
posteriormente.
El puquio debe aislarse mediante un cerco de alambre de púas en forma circular,
de radio (r = 5 m.), con la finalidad de evitar que el ganado ingrese al mismo y
lo deteriore o contamine. Se debe tener presente que el ganado tiene costumbre
de ir al puquio y beber allí, por lo tanto deberá preverse el abrevadero sustituto
necesario, en forma obligatoria, ya sea en el mismo puquio (aprovechando las
aguas del reboso) o en otro lugar.
El cerco tendrá una puerta de acceso para el personal encargado del
mantenimiento.
Con la finalidad de evitar que el agua de escorrentía superficial deteriore y/o
contamine el puquio, se deberá construir una cuneta de coronación en la parte
alta que conduzca el agua de escorrentía hacia lugares apropiados.
_______________________________________________________________________________________
(1) Ver sub-capítulo 2.2 – E. Cajas de regulación, del presente Manual.
359
360
361
C. CAPTACIONES
QUEBRADAS.
DE
AGUA
SUBTERRANEA
EN
CAUCES
DE
a. Selección del lugar de captación
En la sierra existen innumerables quebradas, torrentes o similares que
transportan agua en las épocas lluviosas pero que durante algunos meses no
transportan superficialmente nada o casi ningún volumen; sin embargo no
significa que el cauce esté totalmente seco.
Una de las experiencias más importantes del Servicio Silva Agropecuario
consiste precisamente en las captaciones efectuadas en este tipo de cauces
en los cuales, aparentemente, no existe agua. Naturalmente que el SESA no
es el primero en hacer este tipo de captaciones, pues ellas se han usado
desde el tiempo de los incas.
Previamente se debe analizar muy detalladamente el cauce de la quebrada,
para tener una idea lo más completa posible sobre la geología de las rocas
que forman las laderas del cauce y que se encuentran vistas porque han sido
cortadas por la quebrada.
También se deben observar las partes húimedas de los taludes del cauce y
los posibles materiales existentes. El recorrido de la quebrada se realizará
en la época de estiaje y nunca en la época de lluvias.
Se debe tener en cuenta que una quebrada no es un hecho casual de la lluvia
sino el resultado de la geología del suelo que favorece o no las erosiones,
sedimertaciones, cursos de.agua superficial o subterránea, etc, por lo cua1
lo más natural será esperar que el nivel freático del terreno esté interceptado
por la quebrada y ella drene a dicho acuífero; en algunos casos es el propio
acuífero (nivel freático) el que ha generado la quebrada.
Luego del análisis de la quebrada, se elegirán los lugares donde
sea más conveniente hacer captaciones; esos lugares son los más
húmedos de los taludes, donde existe goteo de agua o manan-
362
tiales, generalmente pequeños. y donde geo1ógicamente, los estratos
indiquen que el agua drena siempre hacia la quebrada.
Normalmente ocurre que el acuífero apenas es visible en el talud de la
quebrada y casi siempre el agua continúa su trayectoria por debajo del suelo
de la quebrada. El objetivo consiste en interceptar el acuífero en el talud de
la quebrada y captarlo mediante una estructura.
que llamamos "TOMA". Debe notarse que en este caso la cantidad de agua
a captar es pequeña y su caudal no puede calcularse a priori. Será necesario
ejecutar la obra de tal manera de captar toda el agua que sea posible y, en
función al resultado obtenido, se dimensionarán las otras estructuras.
Puede parecer poco importante construir una toma para captar agua cuyo
caudal es menor de 1 lit/seg; sin embargo debemos hacer algunas
puntualizaciones:
1. Este tipo de obras se hace en lugares en los cuales no hay agua ni
posibilidad de aprovechamiento de otras fuentes; puesto que en caso de
haber otras posibilidades o alternativas viables se recurrirá a ellas.
2. Generalmente los pequeños recursos de agua que existen en algún lugar
ya están comprometidos; es decir, existe gente que utiliza esos recursos
para algunos fines, sobre todo agrícolas; en cambio el agua que se
obtendrá con estas captaciones es agua que no se utiliza en la actualidad
y por lo tanto no genera conflictos sociales.
3. Una captación de esta naturaleza fomenta los asentamientos humanos en
pequeñas viviendas, aldeas o pequeños grupos de viviendas, en función
del caudal captado, produciendo el efecto de nuclear a familias rurales
que antes vivián dispersas. Ello a su vez promueve la vida comunitaria
con el consiguiente beneficio de elevar el estandar de vida del
campesino.
b. Construcción de la toma.
El procedimiento que se sigue para la construcción de una toma es el
siguiente:
1. El lugar escogido para la toma se limpia totalmente, incluyendo tan-
363
364
to al talud como la parte del cauce de la quebrada. Luego se procede a
cortar el talud como si se estuviera construyendo una carretera paralela
a la quebrada.
El ancho "b" que se corta, medido al nivel del cauce original, es de 1 a 2
m., según las características de la roca del talud; la profundidad "h”
también depende de las características del terreno, pero normalmente no
es menor que 1m. Al hacer el corte debe darse al talud cortado una
inclinación adecuada para evitar que se desestabilice. El fondo del corte
efectuado deberá tener la misma pendiente de la quebrada (que suele ser
bastante grande) en todo el largo de la excavación, que puede ser de 10 é
40 m.; a partir del punto más bajo la excavación deberá continu.ar, pero
con una pendiente del 1 % como máximo, con la finalidad de ir ganando
altura con respecto al cauce de la quebrada e ir alejándose de ella como
si se tratará de un canal que casi sigue las curvas de nivel.
Por este canal se colocará la tuber!a de conducci6n del agua captada.
2. El fondo del canal construido en la zona de la toma es revestido con
material impermeable de concreto simple, de cemento-hormigón 1 :6, y
un espesor de 3 a 4 pulgadas. Esto se hace para evitar que el agua que
llega al fondo se pierda por infiltración bajo el suelo de la quebrada. Así
mismo se impermeabilizan las paredes de la zanja, hasta una altura de
unos 0.20 a 0.30 m.; de tramo en tramo (cada 10 m. cómo máximo), se
colocan cajas colectaras de agua cuyo fondo es inferior al fondo del
canal revestido. Estas cajas permiten en muchos casos salvar algunos
desniveles fuertes en el fondo del canal Fig. 2.19.
Las cajas colectaras pueden ser de sección cuadrada de 0.60 x 0.60
mínimo o circulares de ∅ =0.60min; se construyen de concreto simple
o de albañilería, prefiriéndose ladrillos de cemento en lugar de arcilla
cocida.
Las cajas colectaras (que se prolongan hacia el exterior) cumplen un
papel muy importante en la captación.
- Permiten el registro de la toma, puesto que se prolongan hasta la
superficie y, mediante una tapa, permiten la inspección de las tuberías
colocadas.
365
- Permiten la colocación de tuberías de plástico (para desague) de 2,3 ó
4 pulgadas, según la cantidad de agua existente circulando por ellas el
agua captada. la tubería es bastante flexible y no deteriora a pesar de
los asentamientos del terreno. Se debe tener en cuenta que es muy
frecuente que el terreno sufra asentamientos o desplazamientos que
rompen la estructura de concreto de la captación y, por las grietas o
fracturas ocasionadas, el agua captada se pierde; en cambio con el
sistema de las cajas de captación se pierde sólo una pequeña parte de
toda la toma según el lugar donde se presente la grieta y según el
espaciamiento de las cajas.
- Permiten que el agua, antes de ingresar a las tuber!.as, sedimente las
partículas sólidas que ocasionalmente acarrea. El agua es subterránea
por lo cual son pocos los sólidos que transportan. Cada caja se puede
limpiar desde el exterior.
3. El canal impermeable construido se rellena de cantos rodados
grandes, que dejan muchos espacios vacíos por los cuales circula
el agua sin mayor dificultad; el relleno pretende reconstruir el ta -
366
lud natural del terreno.
En la parte exterior del relleno debe construirse un muro de concreto
cic1ópeo impermeable, para evitar que el agua de la quebrada (de
escorrentía superficial) ingrese a la toma. La parte superior del relleno a
la cual no llegará el nivel del agua de la quebrada deberá rellenarse
primero con grava gruesa, grava fina y finalmente arcilla compactada e
impermeable.
En lugar de construir un muro de concreto ciclópeo encofrado, puede
construirse un muro de mampostería de canto rodado asentado con
mortero de cemento y apoyado directamente en el relleno efectuado;
para esto es necesario que el relleno tenga un talud adecuado, que
encima de él se coloque una capa de grava y luego se construya el muro
de mampostería.
En algunos casos será necesario construir una cuneta de coronación en
la parte superior de la toma para evitar que el agua de escorrentía
superficial ingrese a la toma ocasionando desmoronamientos del terreno
de relleno o contaminando el acuífero. La cuneta se encarga de conducir
el agua hacia la quebrada por otro lugar.
4. La tubería conductora del agua, a partir de la última caja de registro, va
completamente enterrada en la zanja excavada y conduce el agua hasta
un reservorio principal donde se almacena para su utilización posterior.
Pueden incluirse otras cajas de registro cada cierto tramo en la tubería.
5. En forma perpendicular al cauce de la quebrada se construyen diques
enterrados de concreto cic1ópeo, obligatoriamente uno en la parte más
baja de la toma, y pueden construirse otros aguas arriba, según la
naturaleza de la quebrada. Estos diques cumplen las funciones básicas
siguientes:
- Estabilizan el fondo del cauce evitando erosiones (1) y como
consecuencia de ello que la toma quede al aire (las quebradas de la
sierra tienen cauces inestables).
___________________________________________________________________________________
(1) Sobre estabilización de cauces, consultar .la práctica H-7 "Control de Cárcavas".
367
- Permiten la captación del agua subterránea del propio cauce de las
quebradas al.propender a un cierto "embalse” subterráneo. Por esta
razó los diques no se construyen formando ángulos de 90º con la toma,
sino ángulos agudos de 60º a 80°, que favorecen la captación de dichas
aguas.
Si el fondo de la quebrada a una cierta profundidad es impermeable,
entonces con este sistema se capta buena cantidad de agua. Si el fondo
es muy permeable, los diques casi no aumentan el caudal captado, pero
estabilizan el cauce.
D. CAPTACION DE AGUA DE LLUVIA
En Cajamarca la precipitación pluvial es de 700 mm. al año en promedio; ello
significa que, en un año, cae una lámina de agua que tiene una altura total de
0.70 m.; puesto que cae en diferentes instantes no resulta notoria su elevación.
El agua también se evapora llegando a una lámina de 1,200 mm. al año
aproximadamente; esto significa que si se llena un barril con agua y se lo deja
sin tapar durante un año, el nivel del agua en el barril desciende 1.20 m.
aproximadamente, por evaporación.
En muchos lugares del campo (o de la ciudad), se puede efectuar una captación
del agua de lluvias que cae a una superficie colectora determinada, que puede
ser el tejado de una casa, una zona del campo, etc. El agua de lluvia caerá
durante un período de tiempo, o sea durante los meses de lluvia que son entre 3
a 5 al año y deberá almacenarse para que pueda ser usada durante todos los días.
Por razones económicas, el agua de lluvia captada y a lmacenada en cisternas
especialmente construidas se utilizará básicamente para consumo humano o
animal; también se podría utilizar para riego, pero los vo1úmenes a almacenar
tendrían que ser bastante grandes.
a. Volumen de Agua a almacenar (v)
El volumen de agua almacenar depende del área de la superficie
colectora y de la precipitación anual. Si el área (en proyección
horizontal) de un tejado es de 100 m 2 , entonces el volumen se pue-
368
de calcular mediante:
V = área de la superficie colectora x C x P ; donde :
C = coeficiente que depende de las características de la superficie
colectora, para tejados: C = 0.80
P = precipitación media anual.
Si el área de un tejado es de 100 m2 (en proyecci6n horizontal), entonces:
V = 100 m2 x 0.80 x 0.70 = 56 m3
b. Cisternas de almacenamiento.
El volumen captado es almacenado en cisternas especialmente construidas que
pueden estar enterradas, siemienterradas, apoyadas en el suelo o elevadas. La
forma de la cisterna puede ser muy variable: cilíndrica (de sección circular),
prismática (de sección cuadrada o rectagular), en forma de tronco de pirámide,
etc.
b.1 Cisternas enterradas de forma cilíndrica
Las cisternas enterradas están mas al alcance de las posibilidades rurales. Las
cisternas enterradas pueden tener forma cilíndrica de sección circular y de tal
manera que su altura sea igual a su diámetro.
El volumen de una cisterna de estas carácterí.sticas se calcula mediante
369
Estas dimensiones corresponden al volumen neto a almacenar, pero en
general la cisterna deberá tener un valumen un poco mayar (un 10 % más del
calculado).
La excavación del hueco (fosa) para la construcción de la cisterna, deberá
ejecutarse con un diámetro mayor, de tal manera que se puedan construir las
paredes de ladrillo, que la estabilicen y sobre todo la impermeabilcen para
evitar pérdidas.
D' = D + 2e + 0.50
e = espesor de la pared de la cisterna
El espesor de la pared de la cisterna dependerá del material con el cual se
construya, de la naturaleza del suelo, de las características del nivel freático,
etc.
b.2 Cisternas enterradas de forma prismática.
- Fuerzas que intervienen.
1) Cuando la cisterna se encuentra vacía, sólo actúan el empuje del terreno
y el empuje del agua que pueda contener el terreno. Estas fuerzas
comprimen las paredes y el fondo de la cisterna, originando en ellas
esfuerzas de comnpresión que son absorbidos
370
cómodamente por las formas circulares.
2) Cuando la cisterna se encuentra llena, el empuje del agua,oponiéndose al
empuje del terreno, ocasiona esfuerzos de tracción en las paredes del
tanque que deben ser absorbidas por la propia estructura.
- Cálculo del volumen, sección cuadrada.
Si se compara el valor de “a”, con el valor de “D” del caso anterior,
aparentemente se encuentran menores dimensiones; pero no debe
olvidarse que el cuadrado tiene una diagonal igual a:
a
2 = a x 1.41 = 383 x 1.41 = 5.40 m ; que resulta
mayor al diámetro
lo normal. no es comparar "a" con "D", sino el área de paredes, fondo y
techo, en cuyo caso más económico resulta el cilindro de sección circular.
371
En una cisterna de forma prismática, enterrada, intervienen una serie de
acciones que originan momentos flectores positivos y negativos; por esta
razón el diseño deberá ser realizado por un ingeniero.
- Cálculo del volumen. sección tronco piramidal.
La idea de este diseño es proporcionar al terreno un talud inclinado, de tal
manera que su empuje sea nulo y en consecuencia la estructura sólo requiera
una delgada capa impermeabllizante, para evitar que el agua almacenada
filtre al terreno, para lo cual la delgada capa impermeable tiene capacidad de
deformación.
Las cisternas de esta forma tienen un largo mayor al ancho, el cual es
limitado por facilidad de la construcción del techado.
El volumen del tronco de pirámide se calcula mediante:
V = h ( A1 + A2 + A1 x A2) ; donde:
3
A1 = Area de la base mayor
A2 = Area de la base menor
h = altura
El talud del terreno depende del tipo de suelo, puede ser 1 H: 1.5 V ó más
inclinado.
Generalmente se predetermina el talud, la altura y el valor de C1,
372
c. Control de la evaporación y mejoramiento de las condiciones de captación.
La evaporación del agua en cisterna dependerá de los siguientes factores:
a. Area del líquido expuesta ( superficie libre).
b. Humedad relativa del aire.
De las tres formas de cisterna, las áreas expuestas serán:
- Cilindro = 13.5 m2
- Prisma = 14.7 m2
- Pirámide = 60.6 m2
La humedad relativa se puede controlar usando una tapa o un.techo para el
depósito. En muchos casos, el área del tacho disponible no es suficiente para
373
captar el agua necesaria, pudiendo hacerse una captación en el suelo, mediante
el esquema mostrado en la Fig. 2.23
E. CAJAS DE REGULACION
Cuando se ejecuta la captación de un puquio, de las aguas subterráneas en un
río, o de un r.ío mediante tuberías perforadas, es recomendable que el agua
captada ingrese previamente a una caja de regulación, cuyas características son
las siguientes:
- Puede tener sección circular de diámetro ∅ = 0.8 mínimo, o sección
cuadrada de lado n = 0.60 mínimo, de albañilería, efectuada con
ladrillos de cemento. El interior debe ser tartajeado pulido, sin aris-
374
tas ni ángulos vivos. El fondo debe ser de concreto con pendiente mínima del
1% hacia el desague. La caja deberá tener una tapa que impida el ingreso de
elementos contaminantes.
- Las tuberías que se conectarán a la caja de regulación son:
. La tubería proveniente de la captación
. La tubería que conduce el agua al reservorio o lugar de consumo.
. La tubería de limpieza de la caja
. La tubería de rebose.
a. Diseño de la tubería de la captación.
En este caso se conoce el gasto de la captación y la pendiente de la
tubería (No menor de 1 %) o la velocidad del agua en su interior.
Generalmente la tubería trabajará como una tubería muy corta, cuya
longitud es mayor a 3 ∅; pero menor a 500 ∅ ( ∅ = diámetro).
El régimen puede ser como canal; es decir, sin que el agua llene
completamente el tubo, o puede ser a tubo lleno, pero con baja presión.
Las pérdidas de carga más considerables se deben a las pérdidas en la
entrada y no a las pérdidas en la tubería misma. Si la tubería se com -
375
porta como canal circular, se puede usar la fórmula de Manning:
1
V = ------- R2/3 S1/2 donde :
n
V = Velocidad del agua (m/seg)
R = Radio Hidráulico = A =
Area
.
P Perímetro mojado
S = Pendiente del fondo.
n = Coeficiente.
La velocidad en el interior del canal no debe favorecer la sedimentación, por lo
cual puede escogerse como 2.00 m/seg.
También será necesario definir la altura que tendrá el agua dentro de la tubería;
en el extremo máximo debe ser igual al diámetro. Si consideramos que la
altura que alcanzará el agua en el interior del tubo es de la mitad del diámetro,
entonces el área del líquido será:
376
377
378
2.3 TUBERIA DE CONDUCCION
Para el abastecimiento de agua, las tuberías de conducción se inician en cajas,
tanques o reservorios y se dirigen hacia otros reservorios o hacia la disposición
final.
Generalmente las tuberías de conducción suelen ser bastante largas, y por lo
tanto las pérdidas decarga en la tubería son muy grandes comparadas con las
pérdidas locales en cambios de dirección, válvulas, etc.
Ademas la energía cinética del agua,
U2 / 2 g, es pequeña puesto que la
velocidad suele limitarse entre 1 y 2 m/seg.
Por ejemplo si U = 2 m/seg., el valor de U2/2 g = 0.020 m. (resulta depreciable),
por lo cual la línea de energía se considera con la línea piezométrica como
muestra la Fig. 2.25
La colocación de la tubería con respecto a las diversas líneas de carga es muy
importante. En general se puede colocar la tubería en varias posiciones relativas.
A) CASO 1: CUANDO LA TUBERIA SE COLOCA POR DEBAJO DE LA
LINEA PIEZOMETRICA
En este caso (que es el caso normal y el más deseable), la tubería se encuentra
sujeta a presiones "p" en cada punto, mayores que cero, pero menores que la
carga estática debido a las pérdidas de carga por conducción. En el caso que el
líquido no estuviera circulando, la presión que se alcanza es la carga estática.
379
En este caso, la tubería tiene punto bajos y puntos elevados. Es importante
colocar válvulas de purga; en las partes bajas, que evacuén el agua hacia
arroyos, quebradas, cursos de agua u otros lugares bien estudiados, y en las
partes altas deben colocarse válvulas de escape de aire (automáticas y
manuales); en caso de válvulas manuales bastará con colocar un caño de agua
al cual hay que abrir para que se elimine el aire atrapado en la parte alta.
En algunos casos, debido a los bolsones de aire atrapados en la parte alta de las
tubería, el flujo de agua se interrumpe y no se recobrará a menos que se
elimine el aire.
La interrupción del flujo debido a bolsones de aire se puede explicar en el
esquema de la Fig. Nº 2.27.
380
Si sucede que P1 = P2 se establece el equilibrio estático y el agua NO
CIRCULARA a pesar del desnivel existente. Cuando se elimine el aire ocurre
lo mostrado en la rige Fig. 2.28.
En el caso de la Fig. 2.28 los pesos de P1 y P2 de las columnas de agua se
suman y generan un desequilibrio estático que hace circular al agua.
Para favorecer que el aire se dirija hacia las partes altas de la tubería, es
recomendable que tenga una pendiente no menor de 1/2,000 ∅; siendo ∅, el
diámetro de la tubería; por ejemplo para la la tubería de 2" de diámetro:
S mín =
= 0.02 (dos por ciento)
1
2000 x 0.025
Debemos anotar que el agua circula en la tubería debido a las presiones
interiores, por tanto la pendiente de 2 % mínima tiene solución só1o con el aire
atrapado dentro de la tubería.
El régimen de flujo en las tuberías generalmente será turbulento (y no
laminar), puesto que el número de Reynolds (Re) (1) es muy grande.
_______________________________________________________________________________________________
(1) El número de Reynolds (Re) es un parámetro adimensional que se usa para conocer si el estado de un flujo es laminar o
turbulento; cuando Re es menor o igual a 2000, se considera que el flujo es laminar.
381
Por ejemplo: Si agua en la tubería es de 1 m/seg., en una tubería de 2" de
diámetro, con el agua a una temperatura de 16º (la viscosidad cinética del agua a
esa temperatura es de 0.000001112 m2/s), entonces:
45,000 > 2,000; es decir el fluído es turbulento
El caudal de agua que conduce una tubería en estas condiciones puede
calcularse, utilizando diversas fórmulas, una más apropuiadas que otras, según
el caso particular en estudio, ta1 como la fórmula de Hazen-Wi1lians, DarcyWeisbach ó la de Maming; esta última para tubería de 6" de diámetro o mayores.
Estas fórmulas y sus coeficientes característicos para diferentes materiales han
sido explicadas en el Manual 1-3, capítulo XI, “ Bombeo de Agua ".
Los casos que suelen presentarse para la aplicación de alguna de estas fórmulas
son:
382
Ejemplo I
Se desea conducir 5 lts/seg de agua desde un reservorio ubicado a una altura de
20 m., hacia el inicio de un sistema de abastecimiento público. Se usará tubería
de 4” de diámetro de fierro galvanizado. Se desea calcular la velocidad del agua,
la pérdida de carga y la presión al inicio del sistema de abastecimiento. La
longitud de la tubería es de 150 m.
383
Si hf = 0.084 m., significa que en el inicio del sistema de abstecimiento existirá
una presión disponible de 20 – 0.84 ≅ 19 m.. de columna de agua.
Ejemplo 2 :
Se desea conducir agua desde una caja de regulación hasta un reservorio ubicado
a una diferencia de altura de 15 m., se va a usar una tubería de 2” de dimetro. Se
desea calcular V y Q.
384
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387
B) CASO 2.- CUANDO LA TUBERIA COINCIDE CON LA LINEA
PIEZOMETRICA
En este caso la presion en cada punto de la tubería funcionando es nula.
Cuando no circula agua, la presión es igual a la presión estática.
Esta Tubería no requiere teóricamente válvulas de purga ni de evacuación de
aire; sin embargo construirla es muy difícil por el control y método que
requiere. En una topografía accidentada, este tipo de colocación de tubería
tiene un poco posibilidad de aplicarse.
C) CASO 3.- CUANDO LA TUBERIA CORTA LA LINEA PIEZOMETRICA
PERO QUEDA DEBAJO DE LA CARGA ESTATICA
En este caso es muy probable que se presenten bolsas de aire
en la parte alta, por lo cual será necesario colocar una vál-
388
389
390
391
estática; es mejor que queden bajo la altura de la presi6n atmosféri- ca. /
2.4 ALMACENAMIENTO DE AGUA
A. VOLUMEN MINIMO DE ALMACENAMIENTO EN RESERVORIO O
TANQUES
El uso de tanques de almacenamiento es un aspecto muy importante para el
aprovechamiento óptimo del agua. Generalmente las fuentes aportadoras de
agua lo hacen lentamente pero en forma continua; es decir, con caudal
constante día y noche, en cambio el consumo del agua no es constante ni
uniforme; en las noches es nulo o casi nulo y en los días a cada instante se
presentan variaciones que llegan a máximos valores en las llamadas “horas
punta”.
Un reservorio sirve básicamente para compensar las variaciones del consumo
durante un cierto período de tiempo que suele ser de un día. En un día, el
volumen de agua que genera la fuente es de:
V = Q x t;
donde:
Q= Caudal de aporte en m3/seg.
t = Tiempo transcurrido en segundos.
Este volumen se va acumulando de manera constante, en forma lineal; esto
es, si dibujamos en un sistema de ejes de coordenadas el volumen acumulado
en el tiempo, tenemos una línea como la mostrada en la Fig. Nº 2.36.
392
Igualmente, si dibujamos el volumen consumido acumulado, tendremos una
línea curva como la mostrada en el gráfico.
Resulta evidente que, si no existe un sistema de regulación, el consumo
menor a la producción en el tramo comprendido entre O y A permitirá un
abastecimiento normal, con el desperdicio del exceso producido; pero a partir
del punto A hasta el punto B, el consumo total no se podrá abastecer y se
tendrá que limitar a consumir como máximo lo que se produce. Por lo cual es
conveniente almacenar en el primer tramo los excedentes para usarlos en el
segundo.
El volumen de almacenamiento mínimo necesario se puede obtener trazando
dos rectas paralelas a la recta de la producción acumulada, que sean
tangentes a la curva de consumo y encontrando la diferencia de volumen que
representan.
El método que puede explicarse mejor si consideramos que inicialmente ya
existe almacenado el volumen (Vo) y de allí en adelante se sigue
aumentando el aporte, pero también se genera el consumo.
393
Existe sin embargo la dificultad que, en un problema real, no se conoce a
priori el histograma del consumo de agua (puesto que ni siquiera existe
abastecimiento) por lo cual no es posible construir el gráfico del consumo
acumulado. En estas condiciones se puede considerar que el volumen a
almacenar es una fracción del volumen acumulado producido en un día. Se
puede tomar el 25%.
394
a. Sección Circular.
El vo1umen de almacenamiento se calculará considerando sólo la altura (h) o
sea la altura aprovechable. En el caso de ser de sección circular:
Se puede dar diversos valores para “D" y calcular los correspondientes “h”.
Existe una relación geométrica óptima entre D y H (altura total), que
proporciona el máximo volumen con el menor contorno (menos área de
fondo, paredes y tapa), que para el caso de un tanque de sección circular es
H= D.
Por ejemplo, si el volumen neto almacenado es de 173 m3. para encontrar el
diámetro del reservorio y su altura. asumiendo que 0.70 m. es el volumen
muerto no utilizado:
Con estas dimensiones el área de paredes y losas es de 187 m2. Si en lugar de
ello. como ejemplo. utilizamos una altura de 4 m.. entonces el volumen
interior neto sería:
395
el 10 % adicional.
Estructuralmente, el espesor de las paredes del tanque depende del valor de la
tensión que deben soportar y el peralte de las losas del techo y del fondo
dependen del diámetro del tanque, de tal manera que existe una proporción
entre H y D que resulta más conveniente.
396
397
La última expresión representa la relación que deben mantener H y D para
que el tanque sea más económico, en caso de ser tanque circular.
El cálculo puede efectuarse conociendo previamente el volumen a almacenar,
más el volumen libre interior.
Para paredes de ladrillo el espesor mínimo será de 0.15 m. y el valor del
esfuerzo admiisble de tensión σ= 1.0 kg/cm2 .
Para el caso de concreto simple de f`c = 175 kg/cm2 , σ=1.5 kg/cm2 ( 15,000
kg/m2 ). Debe aclararse que, si bien el esfuerzo máximo admisible a la
tracción del concreto se suele estimar en un 10% del valor f`c, lo cual
representa un valor bastante grande, en el diseño estructural de miembros de
concreto armado se considere por hípotesis de diseño que el concreto no
resiste a la tracción; o dicho de otra manera que el esfuerzo de tracción
admisible para el concreto es nulo.
La hipótesis anterior se basa en las deformaciones que deben existir en los
elementos de concreto armado, para que empiece a trabajar el concreto, lo
cual supone un agrietamiento casi imperceptible del concreto en tracción,
pero que elimina totalmente su resistencia.
Otra de las razones para asignar un valor nulo a la tracción del concreto
es la contracción de fragua; es decir que, al momento de fraguar, el
concreto presenta deformaciones internas que generan grandes
398
esfuerzos de tracción que suelen agrietarlo, con lo cual su resistencia a la
tracción se vuelve nula. La contracción de fragua se agrava con las
contracciones o dilataciones por temperatura que generan esfuerzos
similares.
Por lo expuesto, en general una estructura hidráulica debe tener siempre una
armadura mínima para contracción y temperatura, que puede estimarse en
1∅
1/4” cada 0.30 m. en ambos sentidos, colocados hacia la catra externa
de la estructura.
399
400
401
402
403
En caso de que esta presión supere la carga admisible del terreno, será
necesario usar un cimiento más ancho.
b. Cuando la cimentación es monolítica con la losa de fondo, el problema se
vuelve hiperestático y se requiere un diseño en concreto armado a cargo
de un ingeniero.
El problema de 1a junta de construcción entre la losa de fondo y las
paredes es que po allí se presentará una fuga de agua que pueda
humedecer el terreno de la cimentación y acarrear problemas si el suelo es
arcilloso. En el caso de tener un suelo arcilloso, se deberá tener mucho
cuidado en impermeabilizar la junta con brea u otro material, así como
mejorar el suelo de cimentación profundizando la zanja y haciendo un
relleno relleno previo de hormigón, bien graduado y compactado, con una
altura no menor de 0.30m; además es recolrendable drenar el mismo
relleno mediante una zanja que conduzca el agua hacia un lugar
conveniente. La zanja será llenada con cantos rodados grandes, una capa
de grava y luego tierra común.
404
b. De sección circular, de concreto armado
El tanque al que hemos estado refiriéndonos supone una construcción de
concreto simple o de albañilería de ladrillos de cemento asentados con
mortero 1:3 a 1:5 y tarrajeado interiormente, sin embargo se pueden contruir
tanques usando elementos de concreto armado (viga y columnas de amarre)
para darles mayor seguridad.
En este caso. el espesor de las paredes puede ser menor, en el entendido que
la armadura absorberá los esfuerzos de tensión. Existen varias alternativas
como muestra la Fig. Nº 2.41.
405
b.1 Con columnas y vigas de amarre. muros de albañilería.
En los casos a) y b) el número de columnas depende del perímetro del
tanque; las columnas tienen un espaciamiento entre 4 y 6 m. El número de
vigas horizontales depende de la a1tura del tanque
El sistema constructivo supone que primero se levanten los muros en la parte
correspondiente, dejando los espacios dentados para las columnas; los muros
generalmente son de ladrillo, K. K. de cemento asentados en soga o en
cabeza, según la capacidad del tanque. Luego se vacían las columnas, usando
encofrados laterales solamente. La viga horizontal deberá encofrarse y
vaciarse luego, para lo cual se usa un encofrado de madera que puede resultar
bastante tedioso y caro. Luego se repite el procedimiento hasta culminar con
la altura prevista, que termina en un viga horizontal.
La dificultad que existe radica en el encofrado de las vigas horizontales, por
su forma curva. En general no será necesario encofrar y vaciar toda la viga
mono1íticamente (si fuera posible es preferible) puesto que se puede trabajar
por partes, dejando muy rugosas las superficies de empalme y casi verticales.
Cuando se usan columnas, ellas sólo trabajan como columnas de amarre, por
lo cual llevan acero mínimo que puede ser 4 ∅ 3/8" ∅ ó 4 ∅ ½” según sus
dimensiones, con estribos de montaje ∅1/4" cada 0.20 a 0.25 m.
Las vigas horizontales deben llevar fierro de tal manera que sea capaz de
absorber los esfuerzos de tracción íntegramente, considerando que el ladrillo
o concreto no aporta ninguna resistencia.
El diseño suele hacerse por franjas horizontales que correspondan al área de
influencia de cada viga.
Ejemplo:
En el tanque de ∅ = 6 m. y H = 4.60 m.
Se usarán 3 vigas horizontales. Encuentre el acero necesario:
406
El área de acero se dispone en vigas con estribos rectangulares espaciados
cada 0.25 m.
Puesto que el acero se encarga de absorber todo el todo el esfuerzo de
tracción, el muro trabaja muy poco y tendrá un espesor relativamente pequño
de 0.15 ó 0.25 m; para el caso del ejemplo bastará con 0.15 m.
b.2 Con paredes vacidas en concreto armado
- Cálculo de la armadura
Las paredes son vaciadas en concreto, el diseño se hace por franjas
407
de 1m. de altura y se supone que el concreto no resiste a la tracción.
Generalmente se usa pequeños diámetros de acero (3/8") y en lugar de
columnas se usa acero vertical ∅ 3/8” espaciado cada 0.25 m. Estos fierros
van anclados desde el cimiento.
La armadura se coloca en el centro del muro o hacia fuera, con un
recubrimiento libre de 1” mínimo.
- Verificación por cortante.
El cortante en un tanque debe chequearse, para el caso de fuerzas
horizontales de sismo.
En todo el tanque actuará un cortante que depende del peso del propio
tanque, incluyendo el agua; puede considerarse que el valor del cortante es
0.2 W, donde W = peso total que incluye: peso de paredes, peso de techo y
peso de agua.
Este cortante será absorbido por el perímetro del tanque en la base,
multiplicado por el espesor y por el cortante admisible.
Ejemplo:
En el tanque del ejemplo anterior, tenemos:
Peso de paredes = 0.15 x 4.6 x 2400 x πD = 31,215 Kgs.
Peso del techo =
π D2
4
x
e
x 2,400 = 17,000 Kgs.
408
- Proceso constructivo, prueba y Curado en los Rservorios de Concreto
Armado Circulares.
Un reservorio de concreto armado debe construirse con mucho cuidado a fin
de garantizar el éxito de la obra.
Antes de iniciar la construcción del reservorio, deben estar completamente
terminados los planos, detalles y especificaciones técnicas, así como se debe
contar con el personal y los recursos económicos para la obra.
Algunos de los materiales indispensables, tales como fierro, cemento,
agregados, tuberías, accesorios, deben encontrarse ya en obra. No es
recomendable, por ejemplo, excavar las zanjas para cimientos y dejar de
vaciar el cimiento por un tiempo prolongado, o dejar expuesto el fierro
parcialmente vaciado a la intemperie.
Algunos materiales como el cemento deben almacenarse bajo techo, de tal
manera que no queden expuestos a la lluvia o humedad.
409
La 1impieza del terreno se debe hacer de tal manera de nivelar el terreno para
la cimentación y la losa de fondo, teniendo en cuenta que el material
excavado debe ser eliminado, y no usarlo como relleno para la nivelación del
terreno.
La cimentación se ejecutará sobre terreno firme.
El replanteo se efectúa mediante una varilla de madera colocada
verticalmente en el centro del tanque y arriostrada mediante “vientos de
alambre”.
La excavación del cimiento se hace utilizando herramientas convencionales,
si el terreno no es rocoso. En el caso de encontrar un terreno de roca sana, las
condiciones de cimentación y de construcción del tanque son muy
favorables; en este caso el ancho del cimiento debe ser el ancho del muro y la
profundidad sólo la necesaria para el anclaje del muro en el terreno ( 0.20 m.
mín.).
No se requierce nivelar el fondo del cimiento, pero debe quedar lo más
uniforme posible.
Si el landa del cimiento excavado ha quedado desigual, será necesario vaciar
un solado de concreto pobre (1:12) con la finalidad de nivelarlo.Si el terreno
no es de roca, en lugar de solado de concreto se puede usar material de
afirmado compactado.
Antes de vaciar el cimiento se deben colocar colocar en su lugar las varillas
Verticales (∅3/8” @ , 25 m.); para facilitar esta operación es recomendable
hacerles una pata de 0.25 m. a cada varilla, la cual se apoyará 5 cm. encima
del solado usando piedras. Deben también hacerse unos cuantos anillos
horizontales a todos ellos con la finalidad de amarrar las varillas verticales y
fijarlas en su lugar.
El vaciado del cimiento se hace utilizando una mezcla no muy seca ni muy
fluida.
Una mezcla seca asegura mayor resistencia del concreto, pero produce
muchas cangrejeras: una mezcla muy fluida disminuye bastante la resistencia
del concreto, favorece la segregación de los materiales y produce un concreto
poroso.
410
Cuando se realiza la construcción de un tanque de concreto armado no se usa
concreto cic1ópeo para el cimiento.
Las tuberías que se coloquen en las paredes o fondo del tanque deberán ser
insta1adas antes de vaciar la estructura, para ello será necesario soldar en la
mitad de la tubería una placa métalica cuadrada de espesor = 1/8", cuyo lado
sea 10 cm. más grande que el diámetro de la tubería. La placa metálica con
soldadura corrida en todoel perímetro exterior del tubo quedará en el centro
de la pared o fondo. Las tubería se fijarán con alambre.
El encofrado del tanque es una operación tediosa y cara.
Es rccomendab1e usar tablas colocadas verticalnente con una altura no
menor de 1 m., en todo el perímetro del tanque., Las tablas se fijarán
mediante listones trabajados para que adquieran la forma circular.
El encofrado se hace por ambos lados del tanque. El espesor de las paredes se
controla mediante escantillones de fierro que quedan permanentes o de
madera que deben retirarse después de desencofrar. El encofrado debe tener
los punta1es, amarres y arriostres necesarios para garantizar su estabilidad.
Se debe cuidar de lograr un buen acabado, sobre todo exterior puesto que no
debe tarrajearse posteriormente; en cambio el interior del tanque será
tarrajeado necesariamente.
411
Una vez encofrado el priemer anillo del tanque ( h=1 m. mín) se procede a
fectuar el vaciado del concreto en una sola operación, debeindo “Chucear”
(1) bien la mezcla dentro del molde y golpear el encofrado con un martillo
por la parte exterior para lograra un mejo acomodamiento del concreto.
El desencofrado del primer anillo se puede realizar a los 2 ó 3 días de
vaciado, debiendo tener cuidado de no trasmitir esfuerzos al concreto aún
fresco. El mismo encofrado se usará para encofrar el segundo anillo,
debiendo superponerse no menos de 10 cm. en el muro ya vaciado, para
lograr su continuidad.
La operación se repite hasta alcanzar el nivel previsto en el diseño.
- Curado de concreto.
Después de vaciado el concreto se le debe proteger de tal, manera que no
pierda humedad; para ello se necesario taparlo con costales húmedos o
rociarlo continuamente con agua.
Si se omite e1 cúrado, la resistencia del concreto desciende en un 20 ó 40% .
Una vez vaciado el último anillo del tanque deberá esperarse el fraguado
total, es decir 28 días para continuar la obra.
El curada es obligatorio durante la primera semana, y luego hasta los 28 días
el curado se hará más espaciado.
Se procederá a vaciar el fondo del tanque con concreto simple del espesor
previsto; el fondo irá directamente en el suela mejorado con afirmado
compacto.
- Prueba del tanque.
Para probar el tanque es necesario llenarlo de agua hasta el. borde del último
anillo. Esta operación tiene por objeta detectar todas las fugas de agua que
presente, para corregir dichas fallas. Es normal que un tanque presente varias
fugas de agua, debida a las condiciones poca favorables en las cuales se
realizan las obras.
____________________________________________________________________________________________
(1) Chucear es la acción de golpear verticalmente con varillas o barretas para lograr la distribución homogénea del
concreto recien vaciado.
412
Las fugas de agua se pueden clasificar en dos tipos:
a. Fugas grandes debido a las cangrejeras del concreto; y
b. Fugas pequeñas debidas a las juntas de construcción, escantillones,
alambres de amarre, etc. Las primeras generalmente se corregirán
picando el lugar en forma de cono con la parte ancha hacia el exterior
del tanque, las segundas se pueden corregir usando cal.
Cuando el tanque es pequeño es posible usar cal directamente mezclda con el
agua del tanque de tal manera de formar una lechada de cal que irá filtrando
por las fugas y las irá tapando. La operación demora unas horas y es
necesario agitar permanentemente el agua para que la cal no sedimente en el
fondo.
Si el volumen del tanque, es grande, 1a cantidad de cal a agrear también será
considerable y el método no resulta económico. En estos casos la cal debe
agregarse de la siguiente manera:
a. Se detecta la fuga, observando por el exterior de la pared del tanque.
b. Se coloca una tubería de 4” por la parte interior del tanque, de tal
manera que su extremo inferior quede unos 0.50 m. encima de la fuga.
c. Por el extremo o superior de la tubería se vacía el contenido de una
lata que contiene lechada de cal, previamente preparada. El vaciado se
hace lentamente; en el interior de la tubería, la lechada desciende sin
mezclarse con el agua del tanque y se derrrama en el área de influencia
del orificio de fuga siendo arrastrada hacia el exterior clausurando el
orificio. Puede requerirse repetir la operación variando un poco la
altura de colocación de la tubería.
Cuando ya se han obstruido todas las fugas (excepto las cangrejeras) se vacía
competamente el tanque y se procede a resanar las cangerjeras y luego se
tarrajea el interior del tanque usando mortero de cemento arena 1:3 a 1:5. Se
pueden usar aditivos impermeables, si es posible obtenerlos en la localidad.
El terrajeo tendrá un espesor no menor de 2 cm. ni mayor de 3 cm. y
413
será pulido.
Luego el tarrajeado deberá curarse para que no disminuya su resisitencia.
Cuando el tarrajeo ha cumplido una semana como mínimo, podrá llenarse
nuevamente el tanque para detectar fugas remanentes, debiendo señalar los
lugares de las fugas para resanarlas cuando el tanque sea vaciado.
La reparación de las fugas remanente se puede rrealizar picando desde el
interior el tarrajeo y el concreto que seguramente tendrá deficiencias, y
volviendo a tarrajear la parte picada, usando mortero 1:3. Una semana
después el tanque estará listo para ser usado.
Si persisten pequeñas fugas, ellas se irán clausurando debido al contenido de
sales del agua (agua dura).
La cobertura liviana del tanque podrá construirse posteriormente.
En caso de llevar tapa de concreto, ella se deberá encofrar y vaciar, antes de
efectuar la primera prueba del tanque.
- Losa de fondo.
La losa de fondo, cuando se construye en forma separada del cimiento, será
de concreto simple de un espesor igual a D/25. El suelo se deberá mejorar
mediante un afirmado compactado de una profundidad no menor al espesor
de la losa.
Se podrá usar igualmente, concreto ciclópeo de buena calidad. Otras
recomendaciones son similares a lo explicado en 2.4 - C.1
c. Tapas de los tanques de agua circulares.
La tapa de los tanques de agua debe ser de concreto arrmado, en cuyo caso el
diseño deberá efectuarlo un Ingeniero. En las condiciones de la sierra
cajamarquina, pueden usarse tapas más económicas para un tanque, tales como
coberturas de madera y tejas o calaminas, simulando el tejado de una casa. En
este caso la estructura de soporte se apoyará directamente en los muros, a los
cuales se les agregará los espacios convenientes para tal fin. La cobertura puede
414
ser a una agua o más comúnmente a dos aguas.
Será necesario prever un lugar de acceso al interior del tanque, lo cual se
puede lograr, desplazando de su lugar a una determinada calamina.
d. Diseño de tubería del tanque de almacenamiento
El diseño de tuberías se hace de manera similar, al diseño de las tuberías en
la caja.de regulación como se explicó en 2.2 - E.
El diámetro de la tubería de reboso se podrá elegir del cuadro Nº 2.3
415
e. Precauciones contra los acambios de temperatura
Un aspecto muy importante que debe tomarse en cuenta en el diseño de un
tanque es la variación de temperatura de la estructura; sobre todo en
Cajamarca, en que los cambios de temperatura son tan grandes (de 30º
aproximadamente), donde la humedad relativa es baja, de tal manera que a la
sombra hay baja temperatura y al sol elevada temperatura. Se tendrá mucho
cuidado en contrarrestar los efectos de dicha diferencia, o al menos
amortiguarla un poco, con acciones como:
a. El pintado exterior de los tanques debe ser color blanco (para que se
absorba la menor cantidad de calor).
b. El techo del tanque debe tener aleros para que protejan a las paredes de la
insolación.
c. Si se cubre el tanque con tierra se lo aisla térmicamente; también se puede
usar otro tipo de aislante térmicos.
f. Tanques de sección cuadrada o rectangular.
Un tanque de sección cuadrada o rectangular es una estructura hiper estática
en la cual sus elementos trabajan no solamente a tracción sino a flexión, con
momentos positivos y negativos, tanto horizontal como vertcalmente. Su
análisis y diseño deben estar a cargo de un profesional.
Un tanque de sección cuadrada o rectangular sólo se justifica en
determinadas circunstancias como es el caso de reservorios elevados,
apoyados en estructuras de concreto armado tales como 4 columnas o encima
de edificios; para reservorios apoyados en el suelo, semienterrados o
enterrados la sección circular es la más conveniente.
D. DISEÑO DE UN TANQUE DE ALMACENAMIENTO ENTERRADO EN
FORMA CIRCULAR
a. Consideraciones básicas
Un reservorio enterrado, como su nombre lo indica, va construido
en una cavidad excavada en el terreno natural.
La tapa del reservori debe quedar siempre sobre el nivel del sue-
416
lo, con la finalidad de impedir el ingreso de contaminantes del agua.
En estas condiciones, un reservorio puede quedar totalmente enterrado o semi
enterrado, según la altura libre que quede. En general es muy conveniente
construir reservorios enterrados, cuando todo el perímetro se entierra
uniformemente, puesto que el empuje del terreno compensa el empuje del agua;
sin embargo, se deberá tener cuidado de las siguientes acciones:
a. Cuando el reservorio está vacío, el terreno empuja al tanque en todas las
direcciones, ocasionando esfuerzos de compresión, que son absorbidos por
las paredes. Si el empuje es uniforme, el tanque responde muy bien, pero si el
empuje es desigual, las paredes del tanque pueden colapsar.
Para garantizar que el empuje radial sea uniforme, es necesario que se haga
un relleno uniforme entre las paredes construidas y el terreno excavado;
dicho relleno tendrá un ancho no menor a h/10.
El material del relleno puede ser arena, hormig6n o arcilla con contenido
óptimo de humedad.
b. Si el tanque está vació y exteriormente existe agua, ya sea del nivel freático
de agua de escorrentía superficial escurrida por el relleno de arena o grava, o
de agua proveniente de otras fuentes, el reservorio se comporta como un
depósito sumergido y el agua trata de hacerlo flotar mediante una fuerza
hacia arriba igual al peso del volumen de agua desalojada.
Por eiemplo, si un reservorio de 6 m. de diámetro y 4.6 m. de altura, se
encuentra enterrado hasta una altura de 4 m. y exteriormente hay agua,
entonces el empuje será
πD2 x h x 1,000 = 3,1416 x 62 x 4 x 1000 = 113,000 Kgs.
4
4
Si comparamos este empuje con el peso total vacío del tanque, tenemos :
- Peso de paredes m.ás cimiento = ( 0.5 + 0.1 ) 5.4 x 2,400 π x D
2
417
Peso de paredes más cimiento = 73,250 Kg.
- Peso losa de fondo y techo = 2 x π D2 x 0.25 x. 2,400 = 33,912 Kgs.
4
- Peso total del tanque = 73,250 + 33,912 = 107,160 Kgs.
Como se puede observar, el empuje del agua ocasiona problemas en la
estructura, sobre todo en la losa de fondo.
cuando existe posibilidad de agua en el exterior, es preferible rellenar la
excavación con arcilla impermeable y hacer un drenaje conveniente a fin de
evacuar el agua que tiende a almacenarse en el exterior del tanque.
c. Un problema a resolver debidamente en un tanque enterrado es lo
correspondiente a la caja de llaves, que se construye para dar acceso desde el
exterior a las válvulas de control del manejo del agua.
La caja de llaves se coloca en la parte más baja del terreno y debe tener
drenaje por gravedad hacia los lugares previstos para tal fin; por nichos
drenajes se evacuará también el agua que trata de alojarse entre el tanque y el
terreno.
La caja puede tener acceso por la parte superior o por una parte lateral, según
la topografía del terreno.
418
419
420
Cuando el reservorio se encuentra vacío, la presión del terreno en cada nivel
comprime las paredes del reservorio, comunicándole esfuerzos de compresión
que dependen del espesor de las paredes.
El caso crítico resulta cuando el depósito se encuentra lleno, en cuyo caso el
empuje del agua, restando del empuje del terreno, comunica a las paredes del
tanque esfuerzos de tracción. que deben ser absorbidos por las paredes. Si
suponemos que el esfuerzo admisible máximo a la tracción del concreto es de
3Kg/cm2 el espesor de las paredes del ejemplo será "e", que figura en el cuadro
anterior.
; h = 1 m.)
(e = T
2 σh
El fondo del tanque se debe construir para soportar cómodamente el empuje del
suelo o de la sub presión, por lo cual deberá tener curvatura como lo muestra la
Fig. Nº 2.47.
La presencia de agua en el exterior del tanque es a favor desde el punto de vista
de la estabilidad de las paredes, puesto que compensa totalmente el efecto del
empuje interior del agua. Sin embargo se tendrá presente el fenómeno de la
flotación; es decir que el tanque va a tratar de flotar cuando se encuentre sin
agua, por lo cual deberán tomarse las precauciones del caso; como por ejemplo
construir el fondo del reservorio de la forma convexa indicada y el fondo debe
apoyarse sobre una capa de terreno impermeable.
El relleno del espacio que queda entre las paredes del tanque y el terreno
excavado se puede practicar con arena gruesa, con la finalidad de aumentar la
presión lateral del terreno y uniformalizar la presión del agua de afuera hacia
adentro.
421
Se debe tener presente que, en caso de deformaciones excesivas de las paredes
del reservorio, el terreno se encarga de aportar con empujes adicionales como si
se tratará de un suelo de cimentación, por lo cual la estabilidad del tanque es
muy grande. Desde este punto de vista puede convenir precisamente que las
deformaciones en las paredes sean grandes, con la finalidad de transmitir las
presiones hacia el terreno en lugar de absorberlas ellas mismas. En este caso el
grosor mínimo deberá ser suficiente para soportar las presiones de compresión,
cuando se encuentre vacío. Dichos espesores se indican a continuación, teniendo
en cuenta que se supone una resistencia admisible a la compresión de 4 Kg/cm2.
Como se puede observar, los espesores necesarios teóricos son muy pequeños,
pues en la práctica será necesario usar espesores mayores, pero sin llegar a los
espesores necesarios por tracción. Ello significa, que se espera cierto
agrietamiento del tanque que libere los esfuerzos hacia el terreno. Si el terreno
es impermeable puede ocasionar serios problemas.
2.5 TUBERIA DE DISTRIBUCION
- Método de Hunter.
El método de Hunter se aplica al diseño de tuberías pertenecientes a
instalaciones en edificaciones; que abastecen a aparatos sanitarios específicos
o a puntos de agua con finalidades conocidas.
El caso general se refiere a una red de distribución que se desarro -
422
lla en forma ramificada y que tiene en sus puntos terminales las salidas de agua
Fig 2.48.
Cada aparato, sanitario o salida de agua tiene un gasto que depende de muchos
factores y que en el caso general. es variable. El método de Hunter asigna a cada
aparato un número determinado de unidades de gasto o UNIDADES HUNTER,
que se refiere al gasto promedio del aparato. Dicho gasto se puede obtener del
cuadro Nº 2.4
Para la red de distribución del esquema de la Fig. 2.48, el número de gasto en
cada tramo se encuentra sumando las unidades de cada salida. El tramo d - e
conduce el agua para las salidas de 1 y 2 unidades,
423
por tanto conduce 3 unidades Hunter.
El tramo c – d conducirá 6 unidades Hunter y así sucesivamente, hasta lograr en
el tramo a- b 16 unidades Hunter .
Conociendo el número de unidades de gasto en cada tramo, se encuentra el gasto
probable de diseño, mediante el cuadro Nº 2.5
424
Para nuestro ejemplo, el tramo a – b que conduce 16 und. Hunter se diseñara de
acuerdo al cuadro anterior, con un gasto = 0.46 lt/ seg.
La velocidad del agua en el interior de las tuberías (1) no debe ser ni muy
grande, ni muy pequeña, generalmente se toman los siguienetes valores del
cuadro Nº 2.6
(1) consultar tambien el cuadro nº 117, cap. XI, bombeo de agua del Manual I-3
425
426
El análisis de las pérdidas de carga se deberá realizar tramo por tramo para
determinar la mayor pérdida de carga que produce el tramo más desfavorable
(la distancia entre e1 punto de inicio o donde empieza el abastecimiento y el
punto más alejado del suministro); debe comprobarse que la carga disponible en
el punto de inicio del sistema sea superior a la suma de las pérdidas del tramo
más desfavorable en 2. m. como mínimo.
De lo contrario deberán repetirse los cálculos, probando con diámetros mayores,
de manera de obtener menores pérdidas de carga.
427
III. TRATAMIENTO DE AGUAS SERVIDAS
Un probÍema,que en el campo tiene un significado muy diferente al que se
considera normal en una ciudad, es el problema del desague de aguas servidas.
Una vivienda en la ciudad no se puede concebir sin instalaciones da desague,
puesto que el usuario no tendrá otras posibilidades para resolver el problema de
la eliminación de aguas servidas; en cambio, en el campo, existe mucho espacio
libre para satisfacer las necesidades fisiológicas a la manera natural, como lo ha
venido haciendo el ser humano desde su aparición sobre la tierra. Para la
evacuación estomacal, no se requiere ningún artefacto, ni instalación, y la
postura fisio1ógicamente normal para hacerlo (ASHUTURADO) brinda
comodidad en las condiciones más higiénicas y naturales posibles. Se debe tener
presente que refinamientos tales como el uso de papel higiénico, inodoros,
bidets, etc. son totalmente desconocidos en al campo.
El problema de la eliminación del agua procedente del lavado de la vajilla tiene
igualmente un significado muy diferente en el campo; a dicha agua se le llama
“agua sucia" y se utiliza como alimento para cerdos, perros u otros animales que
cría el campesino. La idea de “desperdiciar" ese recurso echándolo al desague
resulta inadmisible en un medio en el cual los recursos son dramáticamente
escasos, a tal punto que muchas familias campesinas recurren a casas de la
ciudad para solicitar se les regale el "agüita sucia" para sus puercos. Por otro
lado se debe tener en cuenta que la cantidad de agua sucia que se genera en cada
casa del campo es muy pequeña porque el recurso agua es muy escaso.
En la ciudad, aún cuando ésta sea pequeña, los puntos de vista cambian
totalmente.
Existen casos, sin embargo, en los cuales debido a la excesiva
concentración de personas o al pequeño lugar disponible (minifundio),
se determinan ciertos lugares del terreno para efectuar las necesidades
fisiológicas, pudiendo generarse focos infecciosos. En la generalidad de
los casos los residuos se aprovechan para “abonar" la chacra, lo cual
constituye una alternativa satisfactoria para su eliminación, puesto que
el suelo es un excelente medio para lograrlo, ya que las condicio-
428
nes reales en las cuales vive el campesino no admiten otro tipo de soluciones por
los altos costos que suponen.
En lugares en los cuales la concentración de personas ya justifica un "sistema"
de evacuación de aguas servidas, se puede plantear el uso de letrinas, fosas
sépticas, digestores, o alcantarillas, en función de los recursos disponibles.
Un separador de grasas es una cámara que se construye generalmente enterrada
en el suelo y que tiene por objeto separar las grasas que conduce el agua que ha
sido utilizada para lavar o para cocinar. La separación se realiza aprovechando
el hecho de que la densidad de la grasa es menor que la densidad del agua, y
consecuentemente la grasa tiende a ir hacia la superficie del líquido.
La cámara tiene sección transversal circular o cuadrada; siendo
preferible la sección circular por distribuir mejor los esfuerzos y evitar
ángulos que son difíciles de limpiar. El volumen interior neto debe
429
ser el doble de la descarga de una hora, con un mínimo de dimensiones igual a
las mostradas en la Fig. Nº 3.1.
La grasa acumulada en la parte superior de la cámara deberá retirarse
períodicamente a mano. Es rnuy importante que la tapa del separador produzca
un cierre bueno a fin de evitar que el sol ingrese al interior y ocasione la
fermentación de las grasas.
La temperatura del agua en el separador debe ser baja, con la finalidad de
permitir la solidificación de las grasas.
Las tuberíab de entrada y de salida incluyen TES abiertos hacia abajo y hacia
arriba:, con la finalidad de desatorar1as en caso necesario.
Es frecuente que en el separador de grasa se presente también sedimentación de
lodos o sustancias pesadas, por cuyo motivo se deberá limpiar totalmente en
forma periódica
Si la topografía lo permite, el separador puede incluir una tubería de 1impieza de
sedimentos en la parte baja.
Si la cantidad de grasas es considerable, el separador puede incluir una cámara
adicional para recoger la grasa, la cual pasa a ella a través de un vertedero
horizontal. En este caso es necesario tener sumo cuidado en dimensionar
correctamente la altura del vertedero, para evitar que ingrese a la cámara de
grasa demasiada agua y la llene simplemente al igual que la cámara del
separador, con lo cual dejaría de cumplir su función. (Fig. 3.2)
3.2 LETRINAS
Un sistema muy símple de evitar la contaminación del terreno exterior por las
excretas humanas lo constituyen las letrinas. Una letrina es simplemente un
hoyo en el suelo (impermeable) en donde se depositan las excretas directamente.
El hoyo puede ser circular o cuadrado, siendo preferible que sea circular con un
diámetro de 0.80 m. y una profundidad de 1.50 m o rnás.
El terrreno debe ser impermeable, con la finalidad de no contaminar el agua
freática o subterránea, salvo el caso de que se trate de lugares
430
431
432
433
Una característica importante y valiosa de una letrina es que se mantiene la
postura natural para defecar, sin que el cuerpo humano entre en contacto con
elementos de la misma letrina, con la sola excepción de las plantas de los pies.
(El campesino no usa zapatos, puede usar llanques en el mejor de los casos, pero
generalmente camina descalzo).
A veces, se hace la innovación en la letrina al colocar una "taza" construída de
concreto áspero, con un molde que recuerda la parte de la campana de un tubo
de concreto. El aspecto que presenta una letrina en estas condiciones recuerda
remotamente a un inodoro convencional, generando sensación de tranquilidad
para las personas que viven en la ciudad y que ven la letrina en el momento de la
Inauguración, pero el resultado del agregado es pésima con el tiempo, puesto
que obliga al campesino a adoptar una postura no natural para defecar, a la cual
no está acostumbrado.
Por otro lado se le obliga a ponerse en contacto físicamente con un elemento que
no puede higienizarse bien debido a la falta de agua, a la falta de personal para
su cuidado, etc., generando un mecanismo de contaminación muy peligroso,
mucho más que cuando no había letrina. El campesino para evitar ponerse en
contacto con la "taza" que casi siempre está muy sucia, se ve en la necesidad de
tomar una postura aún más rara e incómoda , ocasionando que la taza se ensucie
con mayor facilidad, empeorando el problema, o se ve obligado de hacer sus
necesidades a lo natural fuera de la taza, ensuciando el piso de la letrina.
Por lo anteriormente descrito, se recomienda no usar ninguna "taza" ni cosa
similar en las letrinas. Una letrina resulta siempre un lugar muy desagradable,
maloliente e indeseable. a tal punto que el campesino preferiría, en lo posible, no
utilizarla y resolver sus problemas en el campo, actitud que cualquier visitante
de la ciudad también tomaría.
El viento puede conducir los malos olores de la letrina hacia las
viviendas, aulas de clase, etc, por lo cual se deberá tener cuidado en
ubicarla en lugares relativamente retirados y de tal manera que los vientos
predominantes eliminen los malos olores hacia lugares no ocupa-
434
dos.
Debe anotarse que una letrina no tiene abastecimiento de agua y no tendría
sentido que lo tuviera, puesto que se trata de que el pozo no se llene muy
rápidamente.
Precisamente, una de las caraterísticas básicas de 1a letrina es que debe ser
bastante seca; mientras más seca será mejor, por cuanto produce menos mal
olor, menos moscas y se llena en mayor tiempo. Esta característica es tan
importante que se recomienda no, usar la letrina como urinario sino
exclusivamente para defecar; existen modelos de letrinas que incluyen diseños
especiales que permiten separar ambos desechos.
Para evitar el mal olor se recomienda echar tierra a la letrina de tal manera que
cubra todo el excremento y de removerlo usando un palo palo que seque
uniformemente; también puede usarse cal.
El producto final (después de haber reposado entre 3 a 6 meses tapado con
tierra) es un abono bastante bueno. El mantenimiento de la letrina bajo estas
premisas resulta poco práctico y sólo es posible de ser habilitado en algunos
lugares bien disciplinado como algunos hogares, escuelas. Desde el punto de
vista sanitario, el problema de una letrina es que carece de trampa de agua para
aislar los malos olores; el esquema de una letrina que incluye trampa se muestra
en la Fig. 3.3
El modelo mostrado es una letrina sin hedor o con mucho menos que en la
letrina convencional. Los elementos que se usan son similares al modelo anterior
con el agregado que lleva trampa, tubo de desague y tubería de ventilación que
impida pérdida del sello. Esta letrina no debe llevar “taza” ni similar. El inodoro
“turco” es una excelente solución higiénica.
El inconveniente de la trampa es que requiere que se eche agua para evacuar las
materias depositadas en ella, por lo cual deberá disponer de un balde y un
cilindro o similar, para cumplir este cometido. El agua se puede usar cada cierto
número de ususarios y, a pesar de ello, esta letrina resultará mucho más
higiénica que la convencional.
El inodoro tipo turco simplemente es una zanja de concerto con pendiente
conveniente que conduce el agua hacia la entrada de la trampa.
435
Por supuesto que también existen inodoros tipo turco comerciales, mejor
diseñados y que permiten una mejor higienización.
El inconveniente mayor de una letrina con trampa de agua es que,
probablemente, se llenará muy rápido si las dimensiones del hoyo son pequeñas,
por lo cual la letrina requiere un pozo de dimensiones considerables. Existen
casos en los que el terreno en el cual se construye el pozo es permeable y no
ofrece riesgo de contaminación de agua freáticas; en esos casos la letrina con
trampa es una buena solución.
Un detalle que se debe tener en cuenta es el hecho que el campesino no usa
papel higénico ni otro papel. En el campo es difícil encontrar papeles, y si se
los encuentra, la gente de campo prefiere darles un uso más rentable, tal como
para encender el fogón de la cocina, usarlo como colchón, etc. El campesino se
limpia usando algún vegetal o piedras. Cuando se usa una letrina común, se
puede arrojar dichos productos al interior de ella, en cambio cuando se usa una
letrina con trampa, no se deben arrojar al interior de la trampa, puesto que se
obstruiría muy facilmente. Sería preferible que dichos elementos sean evacuados
al exterior.
En general una letrina es una "solución" sanitaria poco recomendable que se
construirá sólo casos en los cuales no exista la posibilidad de construir una fosa
séptica.
436
3.3.
FOSAS SEPTICAS
Las fosas sépticas son depósitos o cámaras enterradas que tienen por finalidad
permitir la sedimentación de los sólidos del desague.
El principio se basa en la retención del agua del desague, por un período
relativamente largo de tiempo (24 horas) para que las partículas tengan tiempo
de sedimentar. La velocidad del agua en el interior de una fosa séptica es muy
pequeña.
La sección de la fosa es rectangular, y el volumen neto se debe calcular
para que la permanencia del agua sea de 24 hora; es decir que el vo-
437
lumen debe ser igual a la descarga diaria. Es recomendable que entre la tubería
de ingreso y la de salida exista una distancia considerable para evitar el paso
directo del agua.
En algunos casos se puede incluir un tabique de concreto o de madera que
separe 1a fosa en dos cámaras, la de entrada y la de salida. El tabique se
construye muy cerca de la tubería de entrada y por lo tanto la cámara de entrada
es muy pequeña comparada con la cámara de salida. La circulación de flujo se
verifica por la parte baja del tabique colocado.
El objetivo de colocar el tabique es evitar en lo posible el movimiento del agua,
que genera la descarga y que impide la sedimentación por la agitación que
supone. Los lados en la parte baja del tanque se descomponen por la acción de
bacterias anaeróbicas, generando burbujas de gas que agitan al agua al salir a la
superficie, desmejorando la sedimentación; por tal motivo se pueden construir
fosas sépticas con dos niveles, el fondo del primer nivel tiene la forma de una
tolva que permite el ingreso del lodo a la cámara más baja; pero que no deje salir
las burbujas producidas, las cuales quedan atrapadas debajo de la tolva y
escapan hacia el aire mediante tubos de ventilación.
Cuando la fosa séptica tiene un solo nivel, los lodos depositados en el fondo
deberán retirarse manualmente en forma periódica, dependiendo de las
características del desagüe.
Las aguas procedentes de una fosa séptica pueden conducirse a pozos
absorbentes o a galerías filtrantes.
3.4 POZOS ABSORBENTES
El diseño de una fosa séptica supone, necesariamente, el diseño de uno o varios
pozos absorbentes o estructuras similares. Un pozo absorbente es un pozo de
sección circular excavado en el terreno poroso y revestido con piedras o ladrillos
en seco, con juntas abiertas para que el agua pueda pasar a través de ellas y
penetre en el terreno.
Un pozo absorbente debe tener 1.00 m2 de superficie lateral, aproximadamente,
por cada persona que utiliza el desagüe en re1aci6n al pozo.
438
Los pozos absorbentes requieren de terreno poroso para funcionar
convenientemente; en caso de tener un suelo arcilloso es probable que su
funcionamiento no sea adecuado y se llene en lugar de absorber el agua. En el
siguiente acápite se explican otros datos de interés para el dimensionamiento de
los pozos absorbentes, según la capacidad de filtración del terreno.
3.5 DRENES UBTERRANEOS
Cuando el terreno no es apropiado para la construcción de un pozo absorbente,
se pueden utilizar drenes subterráneos como una solución alternativa; los drenes
consisten en la colocación de tuberías enterradas en zanjas previamente
excavadas.
Las tuberías llevan perforaciones en la parte inferior con la finalidad de permitir
que el agua procedente de la fosa s6ptica vaya al terreno. Las zanjas se excavan
con una profundidad de 0.45 m. y en el fondo se coloca un colchón de grava de
unos 0.10 m. de altura; encima se coloca la tubería perforada, con una pendiente
de 0.25 por ciento 0.0025; luego se recubre la tubería con gravilla hasta una
altura de 10 cm. encima de ella y la parte superior se rellena con tierra de cul
tivo.
El espaciamiento entre los drenes varía entre 1.20 á 2.00 m. segúni la naturaleza
del terreno y sobre todo su permeabilidad.
En el caso de tener terrenos impermeables (arcillosos), es posible utilizar un
sistema doble de tuberías, unas que se encarguen de conducir el agua de la fosa
séptica hacia el terreno y las segundas que se encarguen de recogerlas del
terreno después de haber pasado por filtros especialmente construidos.
En este caso debe prepararse convenientemente el terreno; las tuberías de
distribución se colocan en zanjas con una profundidad de 0.40 a 0.60 m.,
mientras que las tuberías de captación deben colocarse en zanjas de 1.0 a 1.2 m.
de profundidad. .
Las zanjas se ueben rellenar con material de grano grueso al principio
439
En la parte superior el suelo debe sembrarse con pasto u otros cultivos.
Las tuberías deebn tener perforaciones que permitan tanto la evacuación como la
recolección del agua, las primeras deberán tener las perforaciones en la parte
inferior; las segundas en la parte superior.
Se recomienda que el campo de drenaje no tenga menos de 10 m2 por persona o
menos de 50 m2. por metro cúbico de caudal diario, debiendo hacerse los
ensayos de filtración correspondientes.
Para realizar los ensayos de filtración será necesario abrir hoyos de 0.30 x
0.30m. y de 0.45 m. de profundidad para los campos de drenaje, y la mitad de la
altura propuesta para los pozos absorbentes. Los hoyos se llenan de agua hasta
que ésta tenga una profundidad de 15 cm. y se anota el tiempo que tarda el nivel
del agua en descender 2.5 cm.
Se repite varias veces la prueba hasta lograr que el tiempo que tarda sea
constante. La prueba se repite en otros hoyos y qe obtiene un promedio de los
resultados.
Los caudales admisibles y las longitudes de los drenes se pueden calcular
mediante datos del cuadro Nº 3.1
440
440
441
442
443
3.6 EL SUTRANE
A. DEFINICION.
El SUTRANE (Sistema Unico de Tratamiento y Reuso de Agua, Nutrientes y
Energía) es un sistema novedoso, recientemente puesto en práctica por el
SESA de Cajamarca en la zona de Aylambo.
En térmicos generales, consiste en captar las aguas servidas provenientes de
lavaderos, cocinas, inodoros y someterlas a un determinado proceso, para
obtener:
a. biogás (metano)
b. bioabono (abono orgánico rico en nitrógeno)
c. agua semitratada para crianza de peces herbíboros y riego de hortalizas.
La tecnología empleada es simple, económica y responde a las necesidades y
posibilidades del medio rural, Tormando parte de la llamada "Tecnología
adecuada". es decir facilmente asimilable por el campesino para su
aplicación.
Por los recursos que utiliza (desechos orgánicos) y los beneficios que
produce
el sistema constituye una alternativa interesante para la
conservación y producción o transformación de energía y por ende del
equilibrio del ecosistema, cuya producción de biomasa es cada vez menor,
como consecuencia de la degradación del medio ambiente.
B. CAMPO DE APL1CACION
Por la modalidad de funcionamiento e implementación, el SUTRANE es
adecuado para funcionar a nivel unifamiliar, para familias constituidas por 8
y 10 miembros.
C. DESCRIPCION : ( Fig. Nº 3.9 y 3.10 )
El SUTRANE se abastece de dos tipos de fuentes: las aguas provenientes de
los lavaderos y cocinas, cargadas de grasas y detergentes; y aquellas
provenientes de los inodoros cargados con los desechos orgánicos humanos.
Las aguas provenientes de estas dos fuentes reciben un tratamiento
diferenciado durante la primlera etapa de proceso; las aguas
444
con grasas y detergentes pasan por una trampa de grasas; las aguas con desechos
orgánicos humanos van hacia un digestor en donde se producirá biogás y
bioabono.
La segunda etapa es común, pues las aguas de ambas fuentes, luego del
tratamiento inicial, van a desembocar a una poza común, provista de
plantas acuáticas y algas que depuran el agua de metales pasadps y metaloides
(es decir, un filtro bio1ógico), para luego pasar a una etapa de filtrado final en
un campo secundario. El campo secundario se constituye también en un huerto
de uso intensivo.
Una vez filtrada el agua a través del campo secundario, con huerto intensivo de
cultivo hidropónico, va a desembocar a otra poza destinada al cultivo de algas
para la crianza de peces herbívoros y de aquí es transportada a un estanque para
fines de riego.
La idea del SUTRANE es relativamente reciente y conjuga los criterios
esbozados en Méjico con los del propio SESA - Cajamarca, encontrándose en
una etapa de prueba experimental. En efecto, el SESA ha incorporado una serie
de modificaciones al modelo original mejicano, como se explicará al describir
cada una de las partes que integran el SUTRANE.
a. Trampa de qrasas para aquas de lavaderos.
Las aguas provenientes del lavado de ropa pasan por una trampa de grasas.
Previamente, después de los lavaderos y antes de ingresar a la trampa de
grasas, el agua pasa por unas cavidades rellenas de grava que detienen la
espuma.
Estas cavidades rectangulares van situadas en la parte inferior de los
lavaderos.
La trampa de grasa es similar a la descrita en el ácapite 3.1 del presente
manual, cuyas dimensiones mínimas son de 0.60 x 0.40 m.
Las grasas se separan por flotación aprovechando el hecho de que tienen
menor densidad que el agua. Es muy importante que la tapa del separador
produzca un buen cierre para evitar que el sol ingrese y ocasione la
fermentación. También es conveniente que la temperatura del agua sea baja
para favorecer la solidificación.
445
La grasa acumulada en la parte superior debe retirarse periodicamente a
mano, para luego producir su saponificación y volverla a usar como jabón
mediante el sistema clásico de saponificación
b. Trampa de grasa para aguas de cocina
Es una cámara cuyo principio de funcionamiento y características son
similares a la descrita anteriormente, con la diferencia que el agua que recibe
esta trampa proviene de los lavaderos de cocina y está cargada de grasa
animal y otras sustancias que no permiten su saponificción.
Esta grasa se recoge peródicamente para ser mezclada con estiércol en las
composteras.
Dadas las paequeñas dimensiones de los lavaderos y separadores o tranpas de
grasa, el uso del ferrocemento (1) es suficiente, obteniendose paredes o
tabiques de 5 a 10 cm. de espesor.
c Biodigestores gemelos (2)
El agua proveniente de los inodoros va directamente a una cámara digestora,
que previamente se ha rellenado con un tercio de estiércol y materia vegetal
fermentada por lo menos quince días. El estiércol debe ser proveniente de
rumiantes, ya que tiene buen contenido de bacterias productora del gas
metano.
Es conveniente instalar dos cámaras gemelas para ser usadas alternadamente.
Cada dos o tres meses, debe producirse la descarga de uno de los digestores
para extraer el biocarbono y los lodos depositados. Mientras dura este
proceso; el disgestor gemelo puede entrar a funcionar sin interrupciones en la
formación del biogás y la alimentación de agua el filtro bilógico y el campo
secundario.
La capacidad de cada Biodigestor es aproximadamente de 2m3 . Tres cuar__________________________________________________________
(1) Ferrocemento es la técnica constructiva para pequeños elementos que utiliza alma de varillas delgadas de fierro o
malla de alambre recubierta en ambas caras por mortero de cemento-arena (1:3)
(2) Para mayor información sobre construcción y uso de digetores, consultar el manual E-1.
446
tas partes de su volumen permanecen llenosde agua y en el cuarto superior se
forma la cámara que contiene el gas producido. Este es evacuado por un
pequeño tubo que atraviesa la tapa. Las tapas de los digestores tienen cierre
hermético y una pequeña tapa de acceso rectangular para la extracción de los
sólidos.
Debido a las presiones y cargas que deben soportar las paredes de los
biodigestores, el uso del ferrocemento no es muy adecuado, siendo
recomendable el uso de paredes de concreto armado. Las tapas pueden ser
delgadas de ferrocemento.
Una vez decantados los sólidos, el agua de los digestores va hacia la poza de
filtro bio1ógico, en dónde se junta con áquella proveniente de los lavaderos
y cocinas.
d. Poza de filtrado bio1ógico.
Aquí son colectadas las aguas de lavaderos, cocinas e inodoros. Sus
dimensiones mínimas pueden ser de 4.5 m. de largo por 0.40 m. de ancho y
0.40 m. de profundidad.
La poza de filtro bio1ógico cumple con dos funciones básicas:
- Distribuye el agua uniformemente a todo lo ancho del campo secundario,
en donde se producirá el filtrado final, mediante pequeños tubos PVC
colocados a cierta equidistancia (aproximadamente 0.50 m.)
- Libera el agua de metales pesados y metaloides tóxicos como mercurio,
arsénico, plomo y yodo; utilizando "lentejas de agua" (plantas acuáticas) y
algas capaces de absorberlos. Es conveniente construir esta poza de
concreto armado.
e. Campo secundario
El campo secundario recibe el agua libre de metales tóxicos. Es una caja
rectangular de aproximadamente 30 m2 de superficie cuyo fondo y paredes
laterales van recubiertas de plástico impermeable. Sobre el plástico se coloca
un manto de gravilla de diámetro comprendido entre 0.5 y 1 cm., que tiene
un espesor de aproximadamente 10 cm. y sobre ella; una capa de arena fina
de 30 a 35 cms. de espesor.
447
Sobre la capa de arena prosperarán las las raíces de los cultivos a implantar,
los cuales recibirán el agua por capilaridad, quedando la capa de gravilla
como material filtrante más poroso, que facilita el flujo del agua hacia la
salida: el estanque colector de aguas semitratadas.
Los cultivos a implantar en el campo secundario, pueden ser hortalizas,
legumbres, etc. especies cuya parte comestible crezca en la zona aérea y por
tanto no esté en contacto con el agua; no así zanahorias, papas, rábanos, etc.,
cuya parte comestible es subterránea y por lo tanto está en contacto directo
con el agua.
La pendiente del campo secundario es de 2 % y su capacidad está en función
al número de personas que sirve, en promedio 2 a 3 m2/ persona. Es
preferible que el tanque sea más 1argo que ancho, estando la mayor longitud
en el sentido del recorrido del agua. De esta mane se consigue una mayor
longitud de recorrido, y por lo tanto un filtrado más eficiente.
f. Estanque colector de agua semitratada o semi filtradas.
Este estanque recibe las aguas provenientes del campo secundario. El agua
semitratada se encuentra libre de microorganismos, conteniendo solamente
sales solubles, y por lo tanto es apta para criar algas que sirven de alimento a
peces herbíboros como tilapias y carpas, constituyéndose así en una
piscigranja, de 4.5 m de largo por 1.5 m. de ancho y 1.20 m, de profundidad.
(1)
El agua que sale por rebose es conducida a otro estanque regulador para riego
de parcelas.
_____________________________________________________________________________________________
(1) Para mayor informati6n sobre crianza de peces en zonas rurales de Cajamarca, consultar Manual D-11.
448
FASCICULO 1-8: OTROS SERVICIOS GENERALES Y
COMUNITARIOS
CONTENIDOS
Este fascículo muy corto está dedicado a presentar los diseños arquitectónicos
de dos tipos de locales comunitarios, el tambo comunal y la posta médica.
Sus tres partes son:
La parte I (“Introducción”) explica por qué no se ha considerado aquí un local
especifíco para reuniones comunales.
La parte II (“Tambo Comunal”) presenta el diseño de un tambo comunal con
cuatro ambientes (depósito, almacén, tienda y guardianía)
La parte III (“Posta médica”) describe una posta sanitaria con cinco ambientes
(sala de espera, oficina-consultorio, sala de reposo, dormitorio del sanitario y
baños).
APORTES
El aporte del fascículo está en la presentación de locales hechos con materiales
de construcción de la propia zona, lo cual no sucede siempre, especialmente en
caso de las postas.
COMPLEMENTOS
Lo planteado por este fascículo es muy simple y sin desarrollos. Hay
evidentemente todo un campo de acción para actitudes y experimentos como los
que hizo el SESA con otras Infraestructuras (vivienda por ejemplo): En el caso
de las postas médicas, de tenerse en cuenta los criterios, valores y costumbres de
la población, se necesitaría Investigar diseños probablemente muy diferentes.
USOS
El presente fascículo puede ser usado como referencia a la hora de diseñar
construcciones de este típo, aprovechando los ejemplos de sus planos y cálculos.
449
Nombre de la Práctica
OTROS SERVICIOS GENERALES Y COMUNITARIOS
Codigo I–8
INDICE
I. Introducción
.........................................................................1
II Tambo Comunal
...............................................................2
III Posta Médica
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Nombre de la Práctica
I.- OTROS SERVICIOS GENERALES Y COMUNITARIOS
(Codigo I- 8 )
INTRODUCCION
ajo el título de “ Otros servicios generales y comuni tarios" se han agrupado
aquellas estructuras de equipamiento rural que no tienen una clasificación
específica, tales como los tambos comunales y las postas médicas. Otros
servicios como los locales para reuniones comunales no son tratados en el
presente manual, por cuanto su existencia para ese fin específico es
circunstancial; es decir que cuando se tiene que realizar alguna reunión comunal
(asamblea, reuniones de Comités Especializados, etc) (1) generalmente se
utilizan las instalaciones de la escuela, del taller o algún ambiente techado que
se provee de bancas, por ejemplo, el estar techado de un local artesanal (capítulo
IV - Manual I - 5).
Otras infraestructuras concernientes a talleres de artesanía (alfarería, mimbre,
orfebrería, etc.), biodigestores, etc., son tratadas en manuales específicos de
otros bloques temáticos (2).
En forma similar a lo expresado en el Manual 1-6 sobre vivienda rural, la
concepción arquitectónica simple, los materiales rústicos y la técnica
constructiva local que se utilizan en el ámbito rural no se ajustan a las normas y
reglamentos formales que se observan en las zonas urbanas; los tambos
comunales o las postas médicas no son una excepción.
Por lo tanto es válido para el presente manual lo expresado en este aspecto en el
manual I-6, que trata de la vivienda rural.
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(1) Para mayor información sobre organización de la población, consultar el Manual J-2.
(2) Consultar contenido de Bloques Temáticos D, E, G.
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TAMBO COMUNAL
Un tambo comunal se desarrolla en un área de 10 m. x 12 m. aproximadamente,
pudiendo ocupar mayor área de acuerdo a las necesidades del lugar; consta de
los siguientes ambientes: tienda, almacén, depósito y guardianía; todos se
desarrollan en una sola planta utilizando adobes.
El plano de planta es muy simple y esquemático, respetando los siguientes
criterios de dimensionamiento:
- Ancho de muros 0.50 m (0.40 m = mínimo).
- Area de tienda = 30 m2 mínimo; ancho mínimo = 4.0 m
- Area de almacén = 20 m2 ,nínimo; ancho mínimo = 4.0 m
- Area de depósito = 20 m2 mínimo; ancho mínimo = 4. 0 m
- Guardianía = 12 m2 mínimo; ancho mínimo = 3.00 m
El tambo comunal se ubica en un lugar aislado, por tanto tiene acceso por sus 4
caras (ver planos 2.1 - a - b - c).
Los vanos de las puertas miden 1.0 m x 2.00 m; los vanos de las ventanas, son
de 1.00 m de ancho por 1.50 m. de alto, con un alféizar de 0.50 m. Los dinteles
de los vanos son de madera.
La altura del piso al cielo rasa es de 3 m; el techo se desarrolla a dos aguas y es
de material liviano o de tejas, con estructura de soporte de madera.
El piso es de concreto simple, vaciado sobre el terreno previamente limpio y
compactado.
Las paredes son de adobes, revestidas con barro por ambas caras.
El cielo raso está compuesto por una trama de carrizo apoyada en las vigas de
madera, revestida con barro a modo de tarrajeo, aislando el terrado de los
ambientes que se encuentran en el primer piso.
Las puertes y ventanas son de madera. El tambo comunal no cuenta con
instalaciones eléctricas, puesto que en el campo no se dispone de dicho servicio,
ni con servicio de agua y desague.
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Perimetralmente las paredes del tambo están protegidas mediante una vereda de
1.00 m. de ancho mínimo, construida con concreto simple o con empedrado.
Un aspecto importante es la ubicación de vanos que se encuentra en la mitad de
la pared aproximadamente; esto con la finalidad de afectar en lo mínimo el
arriostre de los muros.
El ancho de los vanos igualmente se hace pequeño con la misma finalidad.
A la altura prevista para el cielo raso se colocan vigas de madera de sección
circular (troncos) de ∅ = 6" cada 0.70 m. Estas vigas sirven para arriostrar la
construcción, para soportar el cielo raso y para absorber las cargas laterales que
el techo tiende a transmitir a los muros.
El techo se resuelve a dos aguas usando como cumbrera una viga de madera de
sección circular, apoyada en el muro central longitudinal.
En los muros laterales igualmente se colocan vigas de madera, a modo de vigas
collar, apoyadas sobre las vigas del cielo raso y amarradas a ellas. Si el techo se
construye con tejas, se colocan correas de madera de sección transversal
circular de ∅ 4" o magueyes, espaciados 0.70 m. y apoyadas en la cumbrera que
tiene entre 30 a 40 % de pendiente. En estas correas se amarra el carrizo que
servirá de soporte a las tejas. Las tejas se fijan mediante barro y paja.
Si el techo se construye con eternit, las correas tienen mayor espaciado (1.00 m.)
y no se usa carrizo, sino los apoyos de madera para el eternit, de 8cuerdo a lo
dispuesto por el fabricante. En este caso la pendiente que se usa es del 20 al
30%.
El techo presenta un alero en todo el perímetro que sobresale 0.30 m. del borde
de la vereda, por tanto tiene un ancho mínimo de 1.30 m.
Para evitar deflexiones muy notorias en el alero del techo se dispone de un
soporte, tal como se muestra en la figura correspondiente.
Limitando la vereda perimétrica, se encuentra la canaleta de drenaje
de agua de lluvias, de 0.20 m. de ancho por 0.15 m. de profundidad.
Con la finalidad de mantener la humedad constante del suelo, se ro-
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dea a la edificación de jardines con un ancho de 1,50 m. mínimo. Los jardines
además brindan una vista agradable a la edificación.
Los cimientos se construyen con concreto ciclópeo; proporción 1:8 (cemento hormigón), más 30 % de piedra mediana ∅ 6” máximo. las zanjas para los
cimientos son del mismo ancho de los muro y de una profundidad de 0.50 m.; es
muy importante la construcción de un sobrecimiento de 0.20 m. mínimo sobre el
nivel del piso terminado, del ancho, del muro y del mismo material del cimiento
de las muros exteriores, tanto para protegerlos de la humedad, como para evitar
la presencia de los roedores.
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POSTAS MEDICAS
Las postas mádicas se edifican en lugares aislados, por lo cual tienen acceso por
todos los costados; se requiere un terreno de 12.0 m. x 16 .0 m., sin contar con el
contorno que debe ser libre en una distancia no menor de 4 m.
Una posta médica incluye ambiente para sala de espera, sala de tratamiento
(consultas), sala de reposo y dormitorio del sanitario, debiendo contar con los
servicios higiénicos mínimos necesarios. En el exterior un área determinada se
destina para parqueo de vehículos.
El dimensionamiento aceptable para los ambientes de la posta es el si guiente:
- Sala de espera: 16.0 m2 mínimo, con un ancho de 4 m. mínimo
- Sala de tratamiento: 16.0 m2 mínimo,con un ancho de 4 m. mínimo.
- Sala de reposo: 20 m2 mínimo, con un ancho de 4 m. mínimo.
- Dormitorio del Sanitario: 12 m2 mínimo, con un ancho de 3 m. mínimo.
Un esquema de la distribución en planta de una posta médica se muestra en la
figura 3.1 (a)
La sala de espera de 4 x 4 m. comunica el hall de entrada, hacia el dormitorio
del sanitario y hacia un pasadizo que da acceso al consultorio, a los servicios
higiénicos y hacia la sala de reposo; las comunicaciones se hacen mediante
puertas de madera o vanos abiertos según el caso. La puerta principal tiene un
ancho de 1.00 m. y una altura de 2.00 m.; la puerta del dormitorio del sanitario
tiene un ancho de 0.90 m. por 2.0 m., la sala muestra una ventana hacia el
costado de 1.50 de alto por 1.00 m. de ancho.
El dormitorio del sanitario tiene 4 m. por 4 m. con acceso desde la
sala de espera y comunica al servicio higiénico privado mediante una
puerta de 0.70 x 2.00 m.; presenta una ventana hacia el exterior ubicada
en el muro lateral, de 1.50 x 1.00 y 0.50 m. de alfeizar. El servi-
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cio higiénico está constituido por una ducha, un lavatorio y un inodoro de taza
con tanque bajo; presenta un revestimiento de mayólica en la ducha y en la parte
correspondiente al lavatorio.
El pasadizo interior comunica con la sala de espera, el consultorio, la sala de
reposo y los servicios higiénicos; permite una circulación relativamente privada;
tiene un ancho de 1.20 m.
El consultorio tiene 4.0 m. x 5.0 m. (aproximadamente), un acceso desde el
pasadizo interior mediante una puerta de 1.00 x 2.00 m. y presenta una ventana
hacia el exterior de 1.50 m. x 1.00 m. y 0.50 m. de alféizar; tiene un lavatorio en
su interior.
la sala de reposo es el ambiente de mayor dimensión del conjunto; tiene 5 m. x 6
m. aproximadamente; permite la colocación de 3 ó 4 camas para una
hospitalización primaria de pacientes la sala de reposo puede ser ampliada o
construirse más grande si las necesidades lo exigen; la sala muestra un acceso
privado hacia los servicios higiénicos, que incluyen ducha, inodoro y lavatorio.
Todos los muros son de adobe de 0.50 m. de ancho, debidamente arriostrados.
Debe notarse que los vanos de puertas y ventanas se abren en el centro de las
paredes, permitiendo intersecciones de muros mejor amarrados; los vanos tienen
poco ancho con la finalidad de no debilitar la edificación. los muros divisorios
de los servicios higiénicos tienen un ancho menor y pueden construirse de
quincha, debidamente.protegida de la humedad.
Los muros se levantan sobre cimientos de concreto cic1ópeo, del mismo ancho
de los muros y de 0.50 m. de profundidad.
los muros perimétricos tienen un sobrecimiento de 0.20 m. sobre nivel de piso
terminado (s.n.p.t.) para protección contra humedad y roedores.
La altura piso al cielo raso es de 2.60 m.; el piso es de concreto simple vaciado
directamente sobre el suelo limpio y compactado.
En algunos ambientes, el piso puede tener algún acabado agregado como
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loseta vínilica, parquet u otro.
El cielo rasose soporta en vigas de madera de sección transversal circular ∅ 6”
espaciados 0.70 m. y consiste en un emparrillado de carrizo, revestido en su
parte inferior con barro y paja; las vigas quedan vistas. También pueden quedar
ocultas si el carrizo se clava en la parte inferior de las vigas usando zunchos y
clavos ó alambre y clavos, en este caso el cielo raso oculta las vigas y muestra
una superficie lisa.
Las vigas que se colocan para soportar el cielo raso sirven para irriostrar a toda
la edificación haciéndola más resistente a solicitacióciones sísmicas.
El techo se diseña a dos aguas, teniendo como cumbrera un muro interior
longitudinal.
El techo se construye de tejas o de eternit; en cada caso se usa un diseño de
estructura de soporte específico. Los muros laterales perpendiculares a la
derecha se terminan en forma triangular (moginetes) para soportar mejor el
techo, los otros muros sólo se elevan en aquellos lugares donde se requiera para
soportar correas o vigas, sin agregar pesos muertos innecesarios. El techo
presenta un alero perimetral de 1.30 m. de ancho para proteger a los muros de la
humedad. El hall de entrada se encuentra totalmente techado para protección del
visitante o paciente que llega a la posta médica y encuentra la puerta cerrada
momentáneamente.
Con la Finalidad de proteger la edificación se construye una vereda perimetral
de 1.00 mínimo de ancho, de cemento, construida a una altura de 0.15 m. sobre
el nivel del suelo natural, con la finalidad de evitar inundaciones y se dispone de
una canaleta de 0.20 m x 0.15 m. (ancho por alto) para colección y evacuación
de agua de lluvias.
Se recomienda rodear a la edificación con jardines de 2 m. de ancho, con la
finalidad de mantener constante la humedad del suelo y preservar a la
edificación de esfuerzos por cambio volumétrico desigual del suelo de
cimentación, aparte de lograr un bello efecto estético.
En caso de ser posible y de contar con servicios de energía eléctrica, se diseña el
sistema para la posta, en cuyo caso se suelen ubicar puntos de iluminación pen -
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dientes del cielo raso en el centro de la habitación, con encendido controlado
mediante interruptor colocado cerca a la puerta de acceso al lugar. Los
tomacorrientes se ubican a razón de dos por cada ambiente tales como:
dormitorio, consultorio y sala de reposo y uno en cada servicio higiénico.
La posta médica incluye abastecimiento de agua y desague; el agua puede
provenir del sistema de abastecimiento público de la localidad, cuado la hubiere,
o de alguna captación específica, que es el caso más común. El desague de la
posta sanitaria se resuelve casi siempre de manera individual, es decir utilizando
pozos sépticos, digestales u otros sistemas. Cuando existe red de desague de la
localidad se usa dicho sistema. Ver figura 3.1 (a. b. c) Planos: planta, cortes y
fachada.
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