Introducción
El presente trabajo tiene por objetivo presentar los
principios hidráulicos fundamentales involucrados en el diseño de
alcantarillas, y desarrollar una metodología de diseño adecuada a las
necesidades del proyectista. Adicionalmente se exponen aplicaciones del modelo
HY8, que es uno de los modelos de resolución de alcantarillas mas utilizados a
nivel mundial.
Factores que condicionan el diseño hidráulico
Una alcantarilla es una estructura que tiene por objetivo
principal sortear un obstáculo al paso del agua. En la mayoría de los casos se
aplican al diseño vial, es decir, cuando el flujo es interceptado por un camino
o una vía de ferrocarril.
Cuando se realiza el diseño geométrico de un camino, el
mismo, normalmente se interpone en el movimiento natural de escurrimiento de
las aguas de la zona de emplazamiento. En la ladera de una montaña, se
interpone en el camino de escurrimiento de las aguas que bajan por la montaña.
Cuando atraviesan un arroyo, un río, o cualquier otro canal, y aún en los
paisajes mas llanos la topografía del terreno obliga al movimiento del agua en
alguna dirección. El camino, en la mayoría de los casos constituye un verdadero
obstáculo al paso del agua.
En el presente trabajo se asume que se dispone del caudal de
diseño de la alcantarilla. El mismo debió haber sido calculado, o al menos
estimado, con anterioridad. Normalmente se adopta para la alcantarilla el
caudal producido por una tormenta con un tiempo de retorno de 25 a 50 años,
dependiendo básicamente del grado de daños que podría ocasionar una falla
funcional de la alcantarilla. También se asume en este trabajo que se conocen
las características geométricas del obstáculo que atraviesa la alcantarilla.
Por ejemplo, se conoce la altura del terraplén del camino que se va a
atravesar. Además, deben ser tenidos en cuenta otros factores, como por ejemplo
el paquete estructural del camino, que incluye capas de distintos materiales y
densidades. En general, conviene evitar el contacto del agua con el paquete
estructural. Por esta razón se exige que el nivel del agua a la entrada de la
alcantarilla no supere un cierto límite asociado a la conservación física del
camino. Por otro lado, es importante considerar la resistencia de la
alcantarilla para que pueda soportar el peso de la tapada de tierra que la
confina. Esto podría condicionar el material empleado en la alcantarilla. Con
esto quiere ponerse de manifiesto que existen varios factores que se
condicionan el dimensionamiento hidráulico de las alcantarillas, factores que
se analizan a cada caso en particular, y que están fuertemente ligados a la
experiencia del proyectista.
Es evidente que en toda obra de ingeniería se procura
maximizar la relación beneficiocosto,
por lo que el factor económico desempeña un rol principal en
la selección de la
alcantarilla mas adecuada al problema planteado.
Por último, cabe mencionar que los casos atendidos en este
trabajo corresponden a las
situaciones que se presentan más comúnmente en el diseño, en
lo que respecta al material y
forma de las alcantarillas. Cualquier modificación sobre la
misma deberá ser contemplada
con el criterio adecuado, o bien, consultado en bibliografía
más específica. En este sentido
se asume que todas las alcantarillas tienen sección
transversal uniforme, con forma circular,
ovalada o bóveda, tanto de hormigón como metálicas; y de
sección rectangular, sólo de
hormigón. La entrada puede consistir en el conducto de la
alcantarilla prolongado fuera del
terraplén (embocadura saliente), o cortado en bisel, según
la pendiente de los taludes.
Algunas alcantarillas tienen muros de cabecera, de ala y
plateas de entrada, o entradas
“standard” metálicas, o de hormigón.
En síntesis, el diseño de alcantarillas consiste en
determinar el tipo de sección, material y
embocadura de alcantarilla que, para la longitud y pendiente
que posee, sea capaz de
evacuar el caudal de diseño, provocando un nivel de agua en
la entrada que no ponga en
peligro de falla estructural, ni funcional la estructura que
se desea atravesar optimizando los
recursos disponibles. Es decir, buscar la solución
técnico-económica mas conveniente.
Como se verá mas adelante, el procedimiento para el diseño
de alcantarillas no sigue un
camino único y exacto, sino que, por el contrario, es
iterativo. La solución óptima no existe,
sino que existen un conjunto de alternativas que resuelven
el problema planteado. Además
de los factores mencionados, puede variarse la ubicación y
posición de la alcantarilla, lo
cual modifica longitudes y pendiente, etc. El criterio y
buen juicio del Ingeniero darán la
última palabra.
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