Alcantarillas:

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.

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 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 5.4.

 Fotografía 5.4  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. 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.

Fotografía 5.5   Alcantarillas Cajón  bajo un fuerte relleno 

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 5.3.

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.

Fotografía 5.3  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 5.12.

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 5.13, 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.

Figura 5.13.  Presiones comparativas vertical y horizontal en tubos

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. 

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 5.2. 

Fotografía 5.2  Batería de alcantarillas Metálicas circulares con protección de  colchonetas

ALCANTARILLAS EN BÓVEDA MACIZA O DE CONCRETO ARMADO.

Son estructuras que resistengrandes  rellenos encima de su techo.  Casi siempre formadas  por secciones  de  espesores  variables  y  con  geometría  de  arcos circulares o parabólicos, en lafotografía 5.1 se puede observar este tipo de alcantarillas.

Las bóvedas en si serán tratadas más adelante con un mayor detalle.

Fotografía 5.1  Batería de alcantarillas abovedadasFuente: Maccaferri

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 simuladorestructural.

ALCANTARILLA CON CONDICIONES DE MAYOR RESISTENCIA

En una situación donde se requiere resolver muchos cruces del trazado de la carretera con cursos de quebradas la limitación financiera se vuelve notoria. La mejor solución es construir puentes pero es a la vez la más costosa. La ingeniería se caracteriza por ofrecer soluciones funcionales al menor costo posible. Teniendo este propósito en la mente el autor del presente trabajo propone adoptar tipos de alcantarillas más resistentes conforme a lasfiguras 7 y 8 siguientes que no requieren mucha explicación.

La alternativa aquí propuesta se recomienda fuertemente para aplicarla en carreteras de un volumen de tránsito mediano a bajo. En otros casos también, aunque asegurándose que su costo sea significativamente más bajo que el de un puente.

Esta solución es particularmente adecuada en las secciones anchas y planas de quebradas donde el puente pueda quedar fácilmente fuera del cauce principal por erosión de uno de sus estribos, como fue el caso del puente Bocapan (al sur de Tumbes, sobre la Panamericana Norte).

La descripción básica de lo propuesto consiste en asegurar elementos de parapeto junto a la(s) alcantarilla(s) de concreto armado de alcance suficiente como para poder servir de estructura que permita suspender sobre ella la protección de los taludes aguas abajo mediante gaviones tipo colchón asistiendo a la vez a la impermeabilidad de las uniones entre los distintos materiales.

El perfil longitudinal de la carretera experimentará una variación del nivel del pavimento en forma de vertedor lateral fijo, cuya capacidad máxima se puede obtener como el del vertimiento sobre un umbral ancho.

La(s) capacidad(es) de la(s) alcantarilla(s) se reducirán ligeramente al presentarse el vertimiento pudiéndose calcular suponiendo la posición del nivel piezometrico, a la salida de la alcantarilla, ligeramente mayor que la altura del límite superior del orificio. Su posición más precisa se podrá definir según la altura de la lámina vertiente por encima del «vertedor fijo» y aún con más precisión analizando el nivel del agua aguas abajo de la carretera.

Una condición adicional es importante: el terraplén, en el más amplio tramo comprendido en el nuevo concepto de alcantarilla más segura, debe de ser construido de material relativamente impermeable con un coeficiente de permeabilidad menor que 10-5 cm/s.