✅ ALCANTARILLAS: CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO

Las alcantarillas son estructuras hidráulicas que tienen como principal función la de conducir y evacuar de manera inmediata el agua de las partes más bajas de los asentamientos humanos o caminos. Según sea el caso, las alcantarillas pueden clasificarse por su material en alcantarillas rígidas o flexibles. Se conocen como alcantarillas rígidas a aquellas que son de concreto simple, concreto armado, concreto ciclópeo o mampostería de piedra. Las alcantarillas flexibles se caracterizan por ser de acero corrugado, o láminas delgadas de acero. Según sea la función que cumplen pueden ser alcantarillas o aliviaderos. Las alcantarillas son aquellas que van situadas en el lecho de un determinado cauce natural, mientras que, los aliviaderos son estructuras que permiten el paso de agua almacenada en su caja, hacia un canal de evacuación. Tienen gran aplicación en el drenaje de carreteras puesto que ayudan a controlar y mejorar la capacidad de las cunetas.

El tipo de flujo que se presente dentro de una alcantarilla tendrá influencia en la ubicación de la sección aguas arriba y aguas abajo de la alcantarilla, de tal manera que se pueda determinar el gasto de esta aplicando la ecuación de continuidad y la ecuación de energía. Los tipos de flujo que podemos encontrar dentro de una alcantarilla son 6, los cuales se caracterizan por:

• Tipo 1: Este tipo de flujo se caracteriza por presentar un tirante crítico a la entrada de la alcantarilla, además se establece la relación de que So > Sc.

• Tipo 2: Este tipo de flujo se caracteriza por presentar un tirante crítico a la salida de la alcantarilla, además se establece la relación de que So < Sc.

• Tipo 3: Este tipo de flujo se caracteriza por permanecer como un flujo subcrítico durante el recorrido que realiza por toda la alcantarilla.

• Tipo 4: Este tipo de flujo se presenta cuando la alcantarilla presenta una salida con sección ahogada.

• Tipo 5: Este tipo de flujo se caracteriza por presentar un flujo supercrítico en la entrada de la alcantarilla.

• Tipo 6: Por último, este tipo de flujo es común cuando la alcantarilla un flujo totalmente lleno a la salida.

Las variables presenten en el análisis hidráulico de una alcantarilla pueden ser los siguientes:

Donde:

• D es la distancia vertical máxima de la sección de la alcantarilla.
• Y1 es el tirante que se presenta al momento de ingresar a la sección de llegada.
• Y4 es el tirante que se presenta al momento de salir de la alcantarilla aguas abajo.
• La sección 1 es conocida como la sección de llegada, la sección 2 es la entrada a la alcantarilla, la sección 3 es la salida de la alcantarilla y la sección 4 es la salida agua debajo de la alcantarilla.
• Lw es la longitud que existe entre la sección 1 y 2.
• L es la longitud del cañón, y
• So es la pendiente que presenta el cañón.

Para poder determinar las condiciones necesarias para seleccionar el tipo de flujo en una alcantarilla podemos aplicar las siguientes consideraciones:

• Si se cumplen las relaciones de: Y1 / D < 1.5, Y4 / Yc < 1, So > Sc, entonces trabajaremos con un flujo tipo 1.
• Si se cumplen las relaciones de: Y1 / D < 1.5, Y4 / Yc < 1, So < Sc, entonces trabajaremos con un flujo tipo 2.
• Si se cumplen las relaciones de: Y1 / D < 1.5, Y4 / D < 1, entonces trabajaremos con un flujo tipo 3.
• Si se cumplen las relaciones de: Y1 / D > 1, Y1 / D > 1.5, Y4 / D > 1, entonces trabajaremos con un flujo tipo 4.
• Si se cumplen las relaciones de: Y1 / D > 1. Y1 / D > 1.5, entonces, esta condición es factible para seleccionar un flujo tipo 5 o un flujo tipo 6.

CAPACIDAD HIDRÁULICA DE LAS ALCANTARILLAS

En el diseño hidráulico de una alcantarilla es recomendable que esta adquiere una pendiente longitudinal igual a la pendiente del cauce natural y con la condición de que permita la correcta evacuación de sedimentos que pueda transportar el cauce. En tal sentido, luego de tener presenta la longitud que tendrá el cañón, se seleccionará una longitud D que cumpla con las condiciones ya mencionadas, de tal manera que permita conocer con anterioridad el valor que tomará la variable Y1, sin embargo, es importante mencionar que el valor de esta variable también puede ser optada en el momento de realizarse el diseño, siempre y cuando se trabaje sobre un cauce natural. Para que exista un control total del flujo en la entrada de la alcantarilla se propone que el valor de la variable Y4 dependa directamente del valor de la variable Y1.

Con los valores de Y1 y Y4 conocidos se podrá determinar con que tipo de flujo se puede trabajar en la alcantarilla y a la vez el caudal que presentará. Conocido el caudal se pasará a comparar con el caudal de escorrentía superficial obtenido luego de realizar el estudio hidrológico, si el caudal de la alcantarilla es mayor que el caudal hidrológico entonces se podrá concluir que el diseño de la alcantarilla es el correcto.

La longitud hidráulica de una alcantarilla no solo depende de la longitud geométrica de esta, sino de las variables como pendiente, tamaño, geometría en la entrada, carga de agua, etc. Una alcantarilla es considerada como hidráulicamente corta si esta no escurre totalmente llena, debido principalmente a que el flujo debajo de la contracción no es suficiente para llenar el volumen total. Una alcantarilla es considerada como hidráulicamente larga si escurre totalmente llena cumpliendo y actuando como una tubería.

PROTECCIÓN A LA SALIDA

La salida que presenta una alcantarilla puede ser un cauce natural o una ladera, siendo cualquiera de los casos mencionados siempre se recomienda establecer una protección. Cuando hablamos de una salida a un cauce natural se debe prever la protección en el fondo del cauce de tal manera que esta ayude a evitar problemas con la socavación. Si hablamos de una salida a una ladera se deberá prever la instalación de una transición de concreto, de tal manera que esta cumpla la función de evitar y reducir la erosión en el suelo de la ladera.