I ALCANTARILLAS
Una alcantarilla es
un conducto relativamente corto a través del cual se cruza el agua bajo la vía
de un costado a otro. Incluye, por lo tanto, conductos con cualquier sección
geométrica: circulares y alcantarillas de cajón principalmente.
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 (Hw) atendiendo
también criterios de arrastre de sedimentos y de facilidad de mantenimiento.
I.1. 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.
Se proyectan en los
cruces de corrientes, para desaguar pocetas o cajas colectoras de cunetas,
filtros o zanjas de coronación, en los puntos bajos cuando el drenaje confluye
hacia la vía y en los terraplenes proyectados en planicies inundables para
permitir el paso de las aguas, evitando que el terraplén actúe como dique.
Con respecto al eje
de la vía, las alcantarillas pueden ser preferiblemente normales aunque pueden
presentar un ángulo de sesgo o esviaje cuando se trata de cruces de corrientes
en los cuales se conserva la dirección del drenaje natural o corriente (ver
Figura 4.14). En los casos en que no se puede mantener el patrón de drenaje
natural o resulte muy larga la estructura, es necesario proyectar la
alcantarilla normal al eje de la vía o con un menor sesgo y construir las obras
adicionales necesarias, tales como canales, que aseguren la entrega y la
continuidad de la corriente intersectada por la vía.
En cuanto a su
alineamiento vertical, en general las alcantarillas deben conservar la
pendiente de la corriente o del terreno natural, pero si ésta es muy fuerte, se
podrá disminuir siguiendo los criterios expresados en el numeral 4.4.6.3,
considerando nuevamente las obras necesarias en la salida para asegurar la
continuidad y la entrega adecuada de las aguas. Asimismo, las alcantarillas se
deben proyectar con una pendiente mínima que garanticesu autolimpieza.
I.2. Caudal de diseño
El caudal de diseño
de la alcantarilla es el caudal que debe transportar la estructura. Así, cuando
la alcantarilla se requiere en el cruce de una quebrada, el caudal de diseño se
obtendrá aplicando las metodologías descritas en el Capítulo 2 (método
racional, etc.). En el caso de alcantarillas que reciben cunetas, subdrenajes o
bajantes, el caudal de diseño corresponde a los caudales captados por las
estructuras aferentes.
Cuando se proyecta
una batería de conductos iguales (igual diámetro, cota y pendiente), se puede
asumir que el flujo o caudal se repartirá uniformemente entre las tuberías.
Así, por ejemplo, si se proyectan dos tuberías, el caudal circulante por cada
una de ellas será la mitad del caudal total de diseño.
caja colectora a la
entrada, pues se requieren grandes cortes y obras para atravesar el canal de
salida o descole a través del terreno adyacente, obras que si son necesarias se
deben realizar. Sin embargo, resulta conveniente analizar la posibilidad de
localizar las alcantarillas en aquellos tramos cortos donde se interrumpe la
sección en cajón y se presenta una sección a media ladera con muro lateral para
sostener la banca. En estos casos, la alcantarilla atraviesa el muro y entrega
libremente formando un chorro sin control que origina problemas de socavación
en el pie del muro. Este problema se deberá resolver construyendo las obras apropiadas
para ello.
I.3 Obras
complementarias: canales y rápidas lisas o escalonadas
Al igual que en las
estructuras de entrada, a la salida de las alcantarillas se pueden requerir
estructuras adicionales como canales o rápidas que aseguren una adecuada
entrega a la corriente o al terreno natural.
I.4. Estructuras de
entrada
I.4.1. Pocetas o
cajas colectoras
En los drenes
longitudinales, se proyectarán, a intervalos regulares, cajas de registro o
buzones de registro que permitan controlar el buen funcionamiento del drenaje y
sirvan para evacuar el agua recogida por la tubería del dren, bien a un
colector principal, bien a una cuneta situada, por ejemplo, al pie de un
terraplén, a una vaguada natural o a otros dispositivos de desagüe.
Con independencia de
lo anterior, deberán colocarse cajas de registro o buzones en todos los cambios
de alineación de la tubería de drenaje.
La distancia entre
dos cajas o buzones consecutivos oscilará en general entre 80 m y 100 m y dependerá
de la pendiente longitudinal del tubo y de su capacidad de desagüe, de la
disposición general del drenaje y de los elementos naturales existentes.
I.4.2. Aletas,
cabezotes y soleras
Los muros de cabecera
o cabezotes y de aletas retienen el material del terraplén, protegiéndolo de la
erosión y acortando la longitud de la alcantarilla, además de dar estabilidad
al extremo de la tubería al actuar como contrapeso ante posibles fuerzas de subpresión.
Las aletas ayudan a guiar el flujo hacia la alcantarilla, mejorando su
desempeño hidráulico. Su orientación y su longitud se proyectan para asegurar
la entrada del flujo al conducto. Atendiendo al criterio hidráulico, un ángulo
de 45º es ideal para las aletas (Referencia 4.19), pero se podrá modificar para
las condiciones específicas en cada caso.
Las placas de solera
protegen la tubería contra la erosión, facilitan la entrada de agua al conducto y
contrarrestan las fuerzas de subpresión.
I.4.3. Obras
complementarias: canales y escalones
En función de los
niveles de la corriente interceptada con respecto a la vía, se pueden requerir
obras complementarias tales como canales o rápidas lisas o escalonadas que
conduzcan el agua adecuadamente hasta la entrada de la alcantarilla. Así, por
ejemplo, en los cortes de gran magnitud en que la vía está localizada muy por
debajo del terreno natural, es necesario emplear rápidas escalonadas para
conectar la corriente existente en la parte superior con la alcantarilla que
cruza bajo la vía, mientras que si la diferencia de nivel no es tan alta, se
puede emplear un canal.
I.5. Estructuras de
salida
Las estructuras de salida
son transiciones entre la alcantarilla y la corriente receptora y, por lo
tanto, sus criterios de diseño también se basan en el hecho de no alterar
drásticamente los patrones de flujo del cuerpo de agua receptor (en cuanto a
caudal y velocidad) y en no generar problemas de socavación.
I.5.1. Aletas,
cabezotes y soleras
Como se expresó para
las estructuras de entrada, las aletas cabezotes y soleras de salida cumplen
una función hidráulica direccionando el flujo y disminuyendo la velocidad de
salida, así como una función estructural conteniendo el terraplén y dándole
estabilidad a la tubería.
I.5.2. En muros
En las vías que a lo
largo de grandes longitudes se desarrollan en una sección en cajón, se
dificulta el desagüe de las alcantarillas con poceta ocaja colectora a la
entrada, pues se requieren grandes cortes y obras para atravesar el canal de
salida o descole a través del terreno adyacente, obras que si son necesarias se
deben realizar. Sin embargo, resulta conveniente analizar la posibilidad de
localizar las alcantarillas en aquellos tramos cortos donde se interrumpe la
sección en cajón y se presenta una sección a media ladera con muro lateral para
sostener la banca. En estos casos, la alcantarilla atraviesa el muro y entrega
libremente formando un chorro sin control que origina problemas de socavación
en el pie del muro. Este problema se deberá resolver construyendo las obras
apropiadas para ello.
I.5.3. Obras
complementarias: canales y rápidas lisas o escalonadas
Al igual que en las estructuras
de entrada, a la salida de las alcantarillas se pueden requerir estructuras
adicionales como canales o rápidas que aseguren una adecuada entrega a la
corriente o al terreno natural.
