ALCANTARILLAS

ALCANTARILLAS(OBRAS DE CRUCE)

Las alcantarillas son conductos que pueden ser circulares o de marco (cuadradas o rectangulares) usualmente enterradas, utilizadas en desagües o en cruces con carreteras, pueden fluir llenas o parcialmente llenas dependiendo de ciertos factores tales como: diámetro,longitud,rugosidad y principalmente los niveles de agua, tanto a la entrada como a la salida.

Son obras de Arte de drenaje transversal.

Tienen por finalidad permitir que el agua pueda pasar de un lado a otro de la carretera.

Deben resistir el peso del relleno, así como, las cargas derivadas del tráfico.

ALCANTARILLASLas alcantarillas pueden tener forma circular, rectangular o elíptica.Estarán ubicadas en todas las quebradas, en los desagües de las cunetas y en todas las partes bajas de la carretera.

Localización : Las alcantarillas están compuestas por las estructuras de entrada y salida, el conducto o tubería de cruce propiamente dicho y las obras complementarias de encoles y descoles que conducen el agua hacia o desde la alcantarilla, respectivamente.

Las alcantarillas de sección cuadrada o rectangular se fabrican de concreto armado, las de forma circular se hacen con tubos de concreto o de acero corrugado. Las secciones elípticas se fabrican, por lo general, con planchas de hierro corrugado y las recomendaciones técnicas son las siguientes

2 D

1/4

D =

20 c

ms

D60

cm

s.

min

imo

BALASTOESPESOR 15 A 20 CMS

MATERIAL CLASIFICADO

CAMA DE MATERIALGRANULAR SELECTO

1/2 D

D

Los cabezales: son muros que se construyen a la entrada y la salida de las alcantarillas, para cumplir con las siguientes funciones:•Evitar la erosión alrededor de la misma.•Evitar los movimientos horizontales y verticales de los tubos.•Guiar la corriente.•Permitir un mayor ancho de la vía y por ende, ofrecer mayor seguridad para el conductor.

Alcantarilla

Cabezal

Cabezal

El alineamiento del cabezal no está deacuerdo con la vía. Forma incorrecta.

Alcantarilla

Cabezal

Cabezal

El alineamiento del cabezal es paraleloal eje de la vía. Forma correcta.

L

X

ELEVACION DEL FRENTEELEVACION DEL EXTREMO

En mampostería

PLANTAELEVACION DEL FRENTE

Cabezal Típico de Alcantarilla

Consideraciones técnicas: Para garantizar un buen funcionamiento de los cabezales y garantizar una mayor vida útil de los mismos, deberán seguirse las siguientes consideraciones técnicas:

•Las dimensiones de los cabezales deben ser tales que impidan el deslizamiento de los taludes inmediatos hacia el canal de la corriente.

•Los cabezales pueden ser construidos de concreto reforzado, de mampostería o de concreto ciclópeo, entre otros.

Tipos de alcantarilla por el flujo a la entrada y a la

salida.

Tipo I. Salida sumergida.

La carga hidráulica H*, a la entrada es mayor al diámetro D, y el tirante Yt, a la salida, es mayor D, en este caso la alcantarilla es llena:Luego:H*>DYt>DAlcantarilla llena.

Tipo II: salida no sumergida.

.H > H* 1.2 ≤ H* ≤ 1.5

Yt < D Alcantarilla llena

Tipo III: Salida no sumergida

H > H Yt < DParcialmente llena 

Tipo IV. Salida no sumergida

H<H*Yt>YcFlujo subcritico en la alcantarilla.

Tipo V. Salida no sumergida.

H<H*Yt<YcFlujo subcritico en la alcantarilla.Flujo supercrítico en la salida.

Tipo VI: Salida no sumergida

   H < H* Yt < Yc Flujo supercrítico en la alcantarilla Flujo supercrítico en la entrada

Localización del eje. Cálculo del área hidráulica necesaria. Cálculo de la sección, pendiente y rasante de

fondo. Cálculo de la longitud de la alcantarilla. Estudio del tipo económico conveniente. Ejecución del proyecto.

El diseño de la alcantarilla consiste en determinar el diámetro más económico que permita pasar el caudal de diseño sin exceder la carga máxima a la entrada. atendiendo también criterios de arrastre de sedimentos y de facilidad de mantenimiento y para eso demos de:

DISEÑO DE ALCANTARILLAS

1. El diseño hidráulico de una alcantarilla consiste en la selección de su diámetro de manera que resulte una velocidad promedio de 1.25m/s, en ciertos casos se suele dar a la alcantarilla una velocidad igual a la del canal donde esta será construida, solo en casos especiales la velocidad será mayor a 1.25m/s.

2. La cota de fondo de la alcantarilla es la transición de entrada, se obtiene restando a la superficie normal del agua, el diámetro del tubo, más 1.5 veces la carga de velocidad del tubo, cuando este fluye lleno o el 20 por ciento del tirante en la alcantarilla.

3. La pendiente de la alcantarilla debe ser igual a la pendiente del canal.

4. El relleno encima de la alcantarilla o cobertura mínima de terreno para caminos parcelarios es de 0.60m y para cruces con la panamericana es de 0.9m.

5. La transición tanto de entrada como de salida en algunos casos, se conectan a la alcantarilla mediante una rampa con inclinación máxima 4:1

Criterios de diseño

Tipos de Alcantarillas según el material.

Alcantarillas de Tubo. Alcantarillas de Cajón

o de Marco. Alcantarilla de

Bóveda. Alcantarillas de Losa. Alcantarillas

Circulares Metálicas.

Tipos de Alcantarillas por su capacidad.

Alcantarillas de un tubo.

Alcantarillas de 2 Tubos.

Alcantarillas de 2 Ojos.

Alcantarillas de 3 Ojos.

TIPOS DE ALCANTARILLAS

Factores que determinan su elección: Caudal o cantidad de agua que le llega. El suelo de la cimentación. Economía. Material del que esta hecho la alcantarilla.

SELECCIÓN DEL TIPO DE ALCANTARILLA

DETALLE DE LECHOS DE ALCANTARILLAS

DETALLE DE ENTRADA DE ALCANTARILLA

DETALLE DE MUROS CABECEROS DE ENTRADA Y SALIDA DE ALCANTARILLAS CIRCULARES

 

Diseñar la alcantarilla de la figura adjunta, que cruza un camino parcelario con ancho de 5.5 m. 

  

Características del canal aguas arriba y aguas abajo

  Q (Máximo)= 0.7 m3/s . Z = 1.5 S = 1 n=0.025 b = 1.0 m Y1 = Y2 = 0.59m V(m/s)=0.6 V 2/2 g= 0.02 m

Ejercicio 1:

Solución

El diseño se hará siguiendo los criterios recomendados en los ítems descritos anteriormente

1) Selección del Diámetro Q máx. = Di2 Di =0.70 Di = 0.836 escogemos: 36” Di = 36” = 0.9144 m

2) Cota del tubo en 2 Área =πr^2 = 0.6567 m2 Va = 1.066 m/s Va 21.5 = 0.0872 g

El nivel de carga aguas arriba = 100 + 0.59 = 100.59 Cota del tubo en 2 = 100.59 – (D + 1.5Va 2) 2

g

3) Longitud de las transiciones entrada y salida Longitud de la tubería:

Cota del camino: 101.60 msnm

 

Cota del punto 2: 99.59 msnm

 

Long. = 2 (1-5 (101.60 – 99.59) ) + 5.50

Long. 11.53 11.60 m

Cota en 4:

 

Esta cota al igual que la del punto 1, se obtiene del perfil del canal, cota 4: 99.90 msnm.

4) Carga hidráulica disponible

Sería la diferencia de niveles entre el punto 1 y 4ΔH = (100.00 + 0.59) – (99.90 +0.59)

ΔH = 0.10 (Debe ser ≥ a las pérdidas de carga)

5) Inclinación de la transición de entradaLa inclinación máxima recomendada es 4:1

6) Balance de energía entre 1y 4

 

1 = E4 + Pérdidas  

Perdidas = Pe + Pf + Ps (A)   

Pe = Perdidas por entrada = 0.5    

Ps = Perdidas por salida = 0.65

V a 2

2 g  Va 2

2 g

  0.029

    0.038

 

D ónde:  

f = 0.025 (comúnmente asumido para casos

prác ticos ) L = 11.60 (se puede redondear a 1 2)

D = 0.9144 m  

Los coeficientes de Pe y Ps: según Fig. 2.15  

Pérdidas = 0.086 m  

E1 = 100.0 + 0.59 + 0.02 = 100.61 m

E4 = pérdidas = 99.90 + 0.59 + 0.02 + 0.086 = 100.596 m  

  

En la ecuación (A) debe cumplirse la igualdad,

o ser E 1 ligeramente mayor, en nuestro caso

se tiene:E1 – (E4 + pérdidas) = 100.61 – 100.596 = 0.014 m

 

Lo que significa que no habrá problema

hidráulico, según nuestro cálculo la

alcantarilla funcionará perfectamente.  

Cota en 3 

La pendiente del tubo es 2 o/oo 

Luego: 12 x 0.002 = 0.024 

Cota 3 = Cota 2 – 0.024 = 99.57 msnm 

7) Inclinación de la transición de salida

La inclinación sería: 11.2 : 1 < 4:1Se acepta

Altura de la cobertura

(Cota 2 + Cota 3 )/2= 99.58

101.60 – (99.58 + 0.9144) = 101.60 – 100.49) = 1.10 m

1.10 > 0.60 (mínimo requerido) No existe problema

8) Longitud de protecciónEs la longitud del enrocado en seco colocado a mano, entre la transición y el canal de tierra y según el Ítems 4.3.1.4 será: Lp = 3 Di

Lp = 3 x 0.9144 = 2.74

Lp = 2.80 m

El enrocado se colocará solo en la salida y en un espesor de 0.2 m.

Ejercicio 4.17

Cuál será el caudal máximo que evacua la alcantarilla de 36” de diámetro de la Fig. adjunta, para desaguar una quebrada que cruza un camino, si el nivel máximo de agua en laquebrada es de 3.02 m y a la salida la descarga es libre.

Soluc ión  

Establecimiento balance de energía entre 1 y 2

E1 = E2 + Perdidas (A)  

Perd. = Pe + P f  

V 2

Pe = Perdidas por entrada = Ke A

2 g  

Ke = 0.5 (comúnmente adoptado para este cas o)  

2

Perd. = 0.5 A

2 g

 

 + 0.025 x

 

20 V 2

x A

0.9144 2 g

 2

Perd. = 1.047 A

2 g  

Reemplazando valores en la igualdad (A) se tien e:  

2

99.52 = 96.45 + 0.9144 + A

2 g  

VA = 4.55 m /s eg

 2

+ 1.047 A

2 g

1. Usar sub-drenajes prolonga la vida útil de los pavimentos.

2. La Base es la estructura básica que se requiere proteger y por lo tanto drenar.

3. Usar un mal sistema de sub -drenaje es peor que no tenerlo(Efecto de Presa).

4. El daño más común en un sistema de sub-drenaje es el daño por compresión de su estructura.

5. Entre mejor estructura tenga el producto ya instalado, mejor será su desempeño al drenar.

Conclusiones