Construccion De Alcantarillas Viales 5wtp

DISEÑO DE OBRAS DE DRENAJE EN CARRETERAS Ing. José Martín Diaz Arias

Satipo, Junio 2014

2 ALCANTARILLAS Se define como alcantarilla a la estructura cuya luz sea menor a 6.0 m y su función es evacuar el flujo superficial proveniente de cursos naturales o artificiales que interceptan la carretera. En la proyección e instalación de alcantarillas el aspecto técnico debe prevalecer sobre el aspecto económico, es decir que no pueden sacrificarse ciertas características hidráulicas sólo con el objetivo de reducir los costos. Sin embargo, es recomendable que la ubicación, alineamiento y pendiente que se elija para cada caso, estará sujeta al buen juicio del especialista, quien deberá estudiar los aspectos hidrológicos, hidráulicos, estructurales y fenómenos de geodinámica externa de origen hídrico, para obtener finalmente la solución más adecuada compatible con los costos, operatividad, servicialidad y seguridad de la carretera.

Comparación entre alcantarilla - puente

Secciones típicas de alcantarillas

Secciones de alcantarillas con fondo natural

Variables hidráulicas en alcantarillas

Variables hidráulicas en alcantarillas

Control al ingreso

Control al ingreso

Control a la salida

Control a la salida

Flujo sobre la alcantarilla

Flujo sobre la carretera

Alcantarilla de perfil tipo sifón invertido

Alcantarilla de alineamiento curvo

Alcantarilla múltiple con un ojo para flujo mínimo

Alcantarilla de 3 tramos

Alcantarilla de 2 tramos

Diseño hidráulico con ábacos

Criterios de diseño de alcantarillas Ubicación en planta La ubicación en planta ideal es la que sigue la dirección de la corriente, sin embargo, según requerimiento del Proyecto la ubicación natural puede desplazarse, lo cual implica el acondicionamiento del cauce, a la entrada y salida con la construcción de obras de encauzamiento u otras obras complementarias. Se debe, elaborar una relación de alcantarillas completa con una columna para indicar el Angulo de esviaje de la alcantarilla con respecto a la vía. En las curvas se indica la palabra, “radial”. Pendiente longitudinal La pendiente longitudinal de la alcantarilla debe ser tal que no altere desmesuradamente los procesos geomorfológicos, como la erosión y sedimentación, por ello, los cambios de pendiente deben ser estudiados en forma cuidadosa, para no incidir en dichos procesos que pueden provocar el colapso de la estructura. Para las alcantarillas pluviales y donde sea posible, se recomienda mantener una pendiente de 2%.

TIPOS DE ALCANTARILLAS MAS COMUNES: En general para carreteras en zonas lluviosas se recomiendan los siguientes tipos de alcantarillas y pontones: Tipo de Caudal y capacidad

Tipo

Función

TMC 600 mm

Solamente como pase de riego.

Qmax = 0.40 m3/s

Pluvial, de dimensiones mínimas

Qmax = 0.90 m3/s

máxima estimada

Ó tubos de concreto TMC 900 mm

por mantenimiento TMC 1200 mm

Para quebradas menores

Qmax =1.20 m3/s

TMC 1500 mm

Para quebradas medianas

Qmax= 2.00 m3/s

TMC 1800 mm

Para quebradas grandes

Qmax= 4.00 m3/s

Marcos de concreto

Quebradas

Caudal variable, poca cobertura de la carretera.

OTRAS OBRAS DE ARTE TRANSVERSALES

TIPOS DE CABEZALES

Tipo Alero.- Es el más común, cuando el ancho de la quebrada se debe reducir para conducir el agua hacia el ingreso de la alcantarilla TMC. Puede ser a la entrada y a la salida de la alcantarilla. Tipo Cajón.- Solamente se usa a la entrada de las alcantarillas y sirva para contener el agua de las cunetas hacia la alcantarilla, tiene que tener un nivel de ingreso por debajo de la cota del tubo (10 cm) para los sedimentos y piedras. En las paredes verticales se pueden apreciar las descargas de los subdrenes. También se puede usar en un sector de corte en roca. Tipo Muro.- Es de altura variable y se puede usar para descargar el agua pluvial y se recomienda que solamente tengan una caída de 2 a 3 m como máximo dependiendo del material donde se descarga. En la planta, el muro puede ser de mucho mayor longitud que el requerido por la alcantarilla para asegurar la contención de la plataforma.

Cuadro comparativo entre alcantarillas TMC y alcantarillas tipo Marco Parámetro

TMC

Costos Rapidez construcción Rugosidad Calculo hidráulico Relleno controlado

de

Menor costo

Marco de concreto armado Mayor costo

Rápido

Normal

0.024

0.015

Ábacos HDS05 HEC RAS HY8 Si requiere un relleno estructura para que funcione

Ábacos HDS05 HEC RAS HY8 No requiere un relleno estructural, el marco es autoportante Depende de la calidad del concreto y el recubrimiento. De concreto

Velocidad máxima

Depende del espesor de la plancha metálica

Cabezales

De concreto

Comentarios Depende mucho agregados Mejor es la TMC

de

los

El concreto tiene mayor capacidad hidráulica El cálculo es similar, varían los coeficientes y ábacos. Sin embargo el pavimento si require un control de los rellenos estructurales en ambos casos. En ambos casos v max < 5 m/s Son iguales

Cuadro comparativo entre alcantarillas TMC y alcantarillas tipo Marco Parámetro

TMC

Recubrimiento

0.60 m

Limpieza

La corruga puede atrapar sedimentos, piedras, palizadas Entre 2% y 5%

Pendiente longitudinal

Sección transversal

Resistencia abrasión Mantenimiento

a

la

Circular Abovedada Arco superior Super SPAN No resiste arrastre de sedimentos permanente. Es fácil de cambiar los paños dañados.

Marco de concreto armado 0.00 El acabado liso permite una mejor limpieza del interior Entre 2% y 5 %, pero permite gradas, cambios de pendiente, etc. Rectangular, Puede tomar cualquier forma. Puede resistir mejor el arrastre de sedimentos Resanar, picar y cambiar los hierros oxidados, usar epóxidos como puente de adherencia.

Comentarios Si marco de concreto se refuerza puede quedar a nivel de rodadura. Mejor el marco de concreto Mejor la alcantarilla Marco

Debido a los encofrados

Para flujos constantes es mejor una alcantarilla Marco Es mejor la TMC para el mantenimiento.

Algunos Programas de Cómputo para calcular alcantarillas - HEC RAS - HY8 - HYDROCULVERT

Programa HY8

Programa HY8

Programa HY8

Programa HY8 Modulo de disipación de energía a la salida

Programa HY8

Programa HY8

Total Discharge (cms)

Culvert Headwater Inlet Discharge Elevation Control (cms) (m) Depth (m)

Outlet Control Depth (m)

Flow Type

Normal Depth (m)

Critical Depth (m)

Outlet Depth (m)

Tailwater Depth (m)

Outlet Velocity (m/s)

Tailwater Velocity (m/s)

0.00

0.00

266.20

0.000

0.000

0-NF

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.000

0.40

0.40

266.62

0.418

0.130

1-S2n

0.276

0.315

0.277

0.026

1.785

2.520

0.80

0.80

266.80

0.603

0.277

1-S2n

0.387

0.451

0.393

0.040

2.163

3.320

1.20

1.20

266.95

0.751

0.404

1-S2n

0.477

0.556

0.485

0.051

2.416

3.901

1.60

1.60

267.10

0.901

0.523

1-S2n

0.559

0.646

0.567

0.061

2.616

4.371

2.00

2.00

267.23

1.029

0.641

1-S2n

0.630

0.727

0.641

0.070

2.774

4.773

2.23

2.23

267.30

1.097

0.0*

1-S2n

0.671

0.769

0.681

0.075

2.856

4.983

2.80

2.80

267.45

1.254

0.880

1-S2n

0.766

0.866

0.777

0.086

3.028

5.449

3.20

3.20

267.56

1.362

1.005

1-S2n

0.831

0.928

0.842

0.093

3.135

5.741

3.60

3.60

267.67

1.472

1.135

1-S2n

0.896

0.987

0.906

0.100

3.230

6.014

4.00

4.00

267.79

1.589

1.269

5-S2n

0.962

1.041

0.969

0.106

3.311

6.268

Programa HY8

Programa HYDROCULV

Programa HYDROCULV

Programa HYDROCULV

Programa HYDROCULV

Programa HYDROCULV

Programa HYDROCULV