Alcantarillas (Drenaje Transversal de Carreteras)

Saludos a todas las personas que visitan nuestra web de ingeniería civil, ahora compartimos información relacionada con el drenaje transversal de carreteras, en este caso las alcantarillas, existen varios tipos de alcantarillas que serán mencionadas en el artículo a continuación:

Alcantarilla Cajón de Hormigón Armado en Construcción

Son estructuras menores, aunque pueden llegar a ser obras de cierta importancia, de acuerdo a circunstancias específicas.

Generalmente se utilizan como pasos a través de terraplenes, por lo cual quedan muchas veces enterradas, detectándose su presencia por (cabezales que asoman en cada extremo por una cierta prolongación de la misma alcantarilla), La dimensión de sus aberturas son definidas en función del caudal de las aguas que atravesaran.

Tipos de Alcantarillas.

De acuerdo a la altura del relleno y desde el punto de vista económico, para aberturas inferiores a los 8 metros las mejores soluciones pueden ser de los siguientes cuatro tipos:

Alcantarillas en bóveda maciza o de concreto armado.

Son estructuras que resisten grandes rellenos encima de su techo. Casi siempre formadas por secciones de espesores variables y con geometría de arcos circulares o parabólicos, en la fotografía se puede observar este tipo de alcantarillas.

Las bóvedas en si serán tratadas más adelante con un mayor detalle.
Batería de alcantarillas abovedadas.jpg

Batería de alcantarillas abovedadas

Alcantarillas metálicas.

Especialmente utilizadas cuando el relleno es de mediana altura y de solución muy interesante cuando el terreno de fundación es malo, están formadas por tubos metálicos prefabricados o chapas acanaladas de acero galvanizado, premoldeadas para formar tubos de diámetros previsto.
Funcionan como estructuras elásticas ó flexibles, por lo cual se adaptan a las presiones del relleno que soportan.
Batería de alcantarillas Metálicas circulares con protección de colchonetas

Batería de alcantarillas Metálicas circulares con protección de colchonetas

Se recomienda que el relleno mínimo sobre las alcantarillas metálicas sea de 60 cm. y pueden soportar el paso de grandes cargas rodantes sobre la calzada. Este tipo se puede apreciar en la fotografía.

Alcantarillas circulares o Tubos de hormigón simple y armado.

Generalmente cuando las corrientes de agua son reducidas, se les da paso mediante alcantarillas formadas por tubos. Para pequeños diámetros es suficiente fabricarlos con mezcla húmeda de cemento y arena, ver fotografía.

Son tubos enterrados, generalmente de diámetros no menores de 90 cm, para facilitar su limpieza y la economía, cuidando también que no sean tubos de diámetros grandes ya que son muy costosos.

Para terraplenes destinados a vías férreas se aceptan tubos en hormigón simple hasta 0.8 metros. de diámetro, siempre que sobre el tubo el relleno sea superior a 3 m. y si el terreno es malo se debe colocar una capa de hormigón y a veces inclusive revestir el tubo con ella.
Batería de alcantarillas circulares de hormigón Armado

Batería de alcantarillas circulares de hormigón Armado

Pasados los 0.8 m. de diámetro se debe emplear tubos de hormigón armado, porque aparecen tensiones de tracción tanto en la fibra interior como en la exterior, por lo que se dispone armadura anular en ambas caras de la pared del tubo con armadura de distribución longitudinal, ver figura.
Tubo en hormigón armado

Tubo en hormigón armado

Pruebas realizadas para las mismas condiciones de carga y diámetro de tubo sobre alcantarillas rígidas que corresponden al caso anterior y alcantarillas flexibles que son fabricadas con plancha metálica muestran las presiones de la figura, es decir que al parecer las flexibles son las que mejor se acomodan al terraplén, sin embargo para la elección final se debe relacionar costos.
Presiones comparativas vertical y horizontal en tubos

Presiones comparativas vertical y horizontal en tubos

Alcantarillas cajón.

Cuando la altura del relleno es pequeña o nula la solución normal puede ser un sistema aporticado o el uso de secciones cajón ,ver fotografía.
Alcantarillas Cajón de hormigón Armado

Alcantarillas Cajón de hormigón Armado

Son empleadas frecuentemente para luces que no llegan a los 10 metros, pero si el terreno de fundación es de mala capacidad puede alcanzar luces hasta de 12 metros, están formadas por dos paredes laterales, una tapa y fondo, generalmente de sección constante y a veces presentan unas cartelas en las esquinas.
Alcantarillas Cajón bajo un fuerte relleno

Alcantarillas Cajón bajo un fuerte relleno

Algunas veces no tienen relleno encima por lo cual las cargas rodantes estarán en contacto con la losa de tapa; otras veces tienen relleno encima.

Estrategias propuestas para la construcción de puentes y obras menores de drenaje

De observaciones y/o experiencias que fueron hechas, realizadas y obtenidas, al comportamiento hidráulico de los puentes y obras menores de drenaje ante avenidas extraordinarias, a causa de la ocurrencia de crecientes extremas de ríos y arroyos, permiten plantear las siguientes situaciones y recomendaciones desde el punto de vista de drenaje para puentes y alcantarillas.

Las estructuras que drenan corrientes con cauces de avenidas muy amplios generalmente estrechan la sección de dichos cauces, por lo que durante las crecientes importantes trabajan forzadamente, lo que propicia en gran número de casos el colapso de la estructura debido al fenómeno de la socavación.

Considerando lo anterior, conviene que los puentes existentes que produzcan tal estrechamiento del escurrimiento en cauces amplios, cuenten con terraplenes "fusibles" que puedan ser cortados fácilmente por la corriente cuando ésta alcance un tirante 50 cm menor que el de diseño y evitar así que el puente trabaje forzadamente desde el punto de vista hidráulico, con la posible consecuencia de su colapso. Dichos terraplenes "fusibles" consisten en terracerías con altura igual a dicho tirante de diseño, para que el agua sobrepase el nivel de rasante de la carretera y la erosione, con su consecuente corte; además, los terraplenes fusibles se construyen con material puramente friccionante sin protección contra tal erosión.

Los puentes que drenan corrientes con cauces encajonados -bien definidos- llegan a fallar por socavación cuando este fenómeno no fue debidamente analizado en los estudios básicos para el proyecto de las estructuras, o cuando el caudal de las avenidas máximas fue subestimado.

En otras ocasiones, cuando existe estrechamiento y los apoyos extremos están ubicados dentro del cauce, éstos pueden ser flanqueados por la corriente, y ser afectados por la socavación, a tal grado que pudiera colapsarse la estructura.

Se deberá tener especial cuidado en proyectar de forma adecuada la estructura, considerando un gasto de diseño debidamente analizado y una profundidad de desplante suficiente de su cimentación para evitar la falla por socavación. De esta forma también se minimizará la probabilidad de que el puente sea flanqueado por la corriente al sufrir la erosión y corte de los terraplenes de acceso.

Finalmente, se recomienda eliminar el uso de tubos metálicos para construir o reconstruir alcantarillas, en todas las regiones costeras o en aquéllas en que exista la posibilidad de que ocurra el fenómeno de corrosión.

Diseño del puente Cajón.

El procedimiento de cálculo y el dimensionamiento de fierros se lo realiza con las especificaciones que se indica en el reglamento AASHTO para puentes de hormigón armado, realizando su análisis como un pórtico para facilitar su cálculo manual, también cabe recalcar que este análisis puede ser realizado en un simulador estructural.

Adjuntamos a continuación las siguientes planillas Excel, que les ayudan con el diseño de alcantarillas:

Diseño estructural de alcantarillas cajón

Cálculo estructural de alcantarilla cajón (Cajón Simple y Cajón Doble)

Alcantarilla carpintero diseño estructural

Alcantarillas (Drenaje Transversal de Carreteras) Rating: 4.5 Diposkan Oleh: Ing. Civil