Alcantarillas 2f1n4t

ALCANTARILLAS Son estructuras de forma diversa que tienen la función de conducir y desalojar lo más rápidamente posible el agua de las hondonadas y partes bajas del terreno que atraviesan el camino. Por la forma de su sección y el material de que están construidas, estas estructuras de drenaje menor pueden clasificarse en tubos, bóvedas, losas sobre estribos y cajones. Están siempre alojadas en el cuerpo de la terracería. A diferencia de los badenes, donde el régimen hidráulico prácticamente no se modifica, en las alcantarillas hay un estrechamiento del cauce, que aunado al aumento de caudal por la concentración de volúmenes al ser recolectada el agua por cunetas, hace que se aumente su velocidad. Este fenómeno puede provocar erosiones tanto a la entrada como a la salida de las obras. Se mejora la función de las alcantarillas, de cualquier tipo, mediante una estructura de transición, a la entrada y salida del conducto, formada por los aleros que son muros de contención de tierra y guías para conducir el agua, que transforman gradualmente su régimen, el que tenía en el terreno natural al del interior y otra vez al del terreno natural. Excepto en los tubos, en los que sólo se coloca un muro plano de cabeza natural, los aleros son divergentes, con un ángulo de abertura de unos 30° respecto al eje longitudinal de la alcantarilla; arrancan del mismo nivel de la parte superior del coronamiento de los estribos y desciende con talud de 1.5:1 hasta tener una altura entre 0.30 m y a 0 m en su parte más alejada. Si la alcantarilla es esviajada, el talud de los aleros, en proyección normal al eje del camino, será de 1.5:1 pero el talud real estará en función del esviaje. Para la longitud de los aleros, se tendrá la condición de que sus extremos, estén equidistantes del fondo del arroyo. En la parte más alejada de los aleros, empieza propiamente la alcantarilla y es donde se inicia la variación del régimen hidráulico natural. Salvo en casos de contar con terreno no erosionable, deberá hacerse un zampeado de protección en el suelo dentro de la obra y entre los aleros de entrada y salida, con la carga superior a la altura del terreno natural y se construirá un dentellón, en cada extremo, de profundidad mayor a la que pueda socavar el agua. En terrenos con fuerte pendiente transversal, conviene construir los estribos de las bóvedas y de las losas de concreto hidráulico, sobre cimentación escalonada en pequeñas plataformas con longitud aproximada de 1 a 2 m, a lo largo de la alcantarilla. Cualquiera que sea el tipo de alcantarilla, el terraplén que se coloque sobre ella debe ser construido en capas de 15 a 20 cm de espesor, compactadas, atacándose ambos lados simultáneamente hasta un espesor mínimo de 0.60 m en tuberías y 1 m en bóvedas a partir de la parte superior de la clave. Diferentes tipos de alcantarillas Tubos Son alcantarillas de sección interior usualmente circular y requieren siempre de un espesor de terraplén o colchón mínimo de 0.60 m para su mejor funcionamiento estructural.

El material de que están construidos puede ser concreto reforzado, lámina ondulada y ~n ciertos casos puede convenir económicamente su construcción con mampostería de 3a. y mortero de cemento, aunque este caso está en el grupo de las bóvedas. Cajones Son estructuras de sección rectangular de construcción excepcional en este tipo de caminos por tratarse de obras con paredes, techos y piso de concreto reforzado, cuya construcción requiere cuidados especiales. Trabajan en conjunto -como un marco rígido que absorbe el peso y empuje del terraplén, la carga viva y la reacción del terreno. Proyecto de alcantarillas. El proyecto de una alcantarilla toma en cuenta los siguientes factores: a) Ubicación de la obra y proyecto de la plantilla. b) Cálculo del área hidráulica necesaria.

NOMENCLATURA: L = Espacio libre horizontal, en m. H = Espacio libre vertical, en m C’ = espesor de relleno sobre la alcantarilla, en m. e = espesor de losas y muros, en cm.

f = esfuerzo unitario en el desplante producido por las cargas, en kg/cm 2. Vol = Volumen del concreto del cajón en m 3/m

ϕ = Diámetro de la varilla de refuerzo en cm. P = Cantidad de acero de refuerzo en kg/m 3. f'c= Esfuerzo unitario de ruptura del concreto a compresión a los 28 días de edad, en kg/cm2. 8 ϕ

= Radio de la curva del refuerzo.

a = Lado de la cartela J.C. = Junta de colado. r = Recubrimiento, medido desde el eje del refuerzo principal. c) Elección del tipo de obra. d) Cálculo dimensional y estructural. e) Elaboración del funcionamiento del drenaje en tramos de 5 km. En base a los estudios del drenaje, que se efectúan en las etapas de elección de ruta y ante proyecto, en el estudio definitivo, se ubican los ejes de las alcantarillas en la planta del camino. Se deberá tomar en cuenta que no en todos los escurrideros se construirá una obra sino que, algunos de ellos, los de menos importancia, se canalizarán hacia los de mayor caudal, ya sea que se intercepten por medio de canales laterales, contra cunetas existentes o cunetas. Sobre la línea del camino, se requiere conocer el cadenamiento y la cota del terreno y subrasante en el lugar que se efectuará el cruce, así como el ángulo de esviajamiento de la obra. El ángulo de esviajamiento o esviaje de una obra de drenaje es el complemento al menor ángulo de deflexión que hace el eje del camino, tomando en cuenta el sentido de cadenamiento, con el eje de la obra y su sentido será contrario al de la deflexión. El esviaje, es independiente del sentido de escurrimiento.

Diseño hidráulico El diseño hidráulico de una obra, consiste en calcular el área necesaria para dar paso al volumen de agua que se concentra a su entrada; para ello se requiere un estudio previo que abarca: precipitación pluvial, área, pendiente y -formación geológica de la cuenca, además del uso que tendrá el terreno aguas arriba de la alcantarilla. Para calcular el área hidráulica necesaria en una obra de drenaje, se pueden utilizar diferentes métodos, como ya se expuso anteriormente; sin embargo, generalmente se utiliza la fórmula de Talbot para alcantarillas y el método de sección y pendiente, utilizando la fórmula de Manning para puentes. Elección del tipo de obra Debe tenerse presente que en la elección del tipo de alcantarilla intervienen la adecuada funcionalidad hidráulica y estructural; por otra parte, es de orden económico y está condicionado a los siguientes factores: a) altura del terraplén. b) forma de la sección en el cruce. c) capacidad de sustentación del terreno. d) materiales de construcción disponibles en la región. e) tipificación de las obras y dimensiones. En relación a la altura del terraplén, cuando la subrasante ya está definida, se deberá tornar en cuenta que tubos y bóvedas requieren de un colchón mínimo de terraplén en los hombros (0.60 m y 1.00 m respectivamente); en cambio las losas y la parte superior de los cajones pueden quedar a la altura de la rasante del camino. En caso de ser necesario, se deberá ver la conveniencia de modificar la rasante para dar cabida al tipo de alcantarilla que sea más adecuado al propuesto inicialmente. En cuanto a la forma de la sección del escurrimiento en el cruce, si es amplia y no bien definida, puede pensarse en la utilización de una losa de pequeña altura, pero de claro amplio o en uno o varios tubos; en terreno de lomerío suave en donde, en general, las rasantes son bajas, pero los escurrideros ya son definidos se pueden utilizar tubos, losas o cajones; a medida que las secciones se hacen estrechas y profundas las obras indicadas son las bóvedas además de las losas y los tubos, dependiendo principalmente de la altura del terraplén que va a quedar sobre ellas. En términos muy generales los tubos son económicos para áreas hidráulicas hasta de 1.5 m 2; las losas y cajones hasta 3 m2 y las bóvedas hasta 16 m2. La capacidad de sustentación del terreno influye en el costo de las obras y por lo tanto en la elección del tipo de ellas, ya que la cimentación que requieren en cada caso tiene costos diferentes, utilizándose muy comúnmente los cajones para los terrenos con baja capacidad de carga.

Por razones económicas, los materiales disponibles en la región para construir las alcantarillas, juegan papel preponderante en la elección del tipo de obra. En caminos rurales, que en general son de corta longitud, se da con frecuencia e: as de que las cuencas son semejantes en superficie, en pendiente, precipitación pluvial, vegetación y características del suelo, que requieren obras del mismo tipo y de casi iguales dimensiones. En estos casos conviene llegar a la tipificación y, aunque del estudio resulten una o varias obras con tipo y dimensiones diferentes, en la elección definitiva conviene unificar estas características, hasta donde sea posible. Tomando en cuenta los factores anteriores se deben elegir las obras más adecuadas, pero en caso de que se tengan para cada una, dos o más tipos, se elegirán las de menor costo. Cálculo dimensional y estructural de alcantarillas. El cálculo dimensional de una alcantarilla, consiste en encontrar sus dimensiones físicas de acuerdo a la sección o secciones transversales entre las que se encuentre localizado y la posición que guarde con respecto al eje; por lo tanto, deberá tener en cuenta: a) Nivel de la rasante (Rc) y la del desplante en el centro de línea (D) b) Semi corona izquierda (c1) y semi corona derecha (c2) c) espesor mínimo de colchón d) Sección tramsversal de la obra ( ϕ , si es tubo) e) Esviaje de la obra (e) f) Pendiente longitudinal de la rasante (p) g) Pendiente de la obra (s) h) Pendiente transversal de la vía, ya sea de bombeo o de sobre elevación (w1, w2, s) i) Taludes de corte o terraplén ( T) j) Espesor de pavimento (d) k) Coronamiento del muro (Q) En seguida se explica la forma de calcular la longitud de una obra bajo un terraplén. a) Normal al eje Se acostumbra que la altura del muro de cabeza sea de 30 cm mayor a la dimensión vertical de la obra y que el talud del terraplén lo corte a 15 cm, abajo del coronamiento, (dimensiones en cm). De la figura 11 se tiene:

H=ϕ1 +30 M =H−15

Si se tiene curva, W se cambia por S y será positivo del lado que quede arriba del eje.

s=

β ϕ +d

β=s( ϕ+d )

Para las obras esviajadas se sigue la misma secuela que para las normales, sustituyendo los siguientes términos. a) Talud Esviajado: Te' = Talud esviajado e = Esviaje P = Pendiente longitudinal del camino K, conserva el mismo signo de la pendiente, del lado que tiene el nombre del esviaje. b) Corona y cota de hombros esviajadas.

* Si se está en curva, W se cambia por s** y el término negativo será positivo del lado que quede arriba del eje. En la figura 14, se muestra la forma sistematizada que se tiene para encontrar la longitud de obra. S** = Sobreelevación.

Para contener el material de los taludes del terraplén, de tal forma que al derramarse no obstruya la obra, a la entrada y salida de ella se construyen muros de contención; para tubos, se acostumbra colocar muros de cabeza que son paralelos al eje del camino; en otro tipo de alcantarillas como losas, bóvedas, etc. se acostumbra colocar aleros, o cuyo eje de coronamiento hace un ángulo de 30° con respecto al eje del cauce; la función de estos aleros, además de contener el material del talud, es la de encauzar el agua a la entrada y a la salida de la obra. El talud del coronamiento debe ser el del talud esviajado del terraplén, que solo corresponde a T = 1.5:1 cuando el esviajamiento de la corriente es de 30°. La longitud de los aleros o de los muros de cabeza, que también se denominan aleros transversales, debe ser tal, que el derrame del material que quede fuera de ellos no obstruya el cauce de la corriente.