El documento presenta los resultados obtenidos mediante el programa HY8 para el diseño de dos alcantarillas: una de tipo cajón y otra circular. Para la variante 1 de cajón, se obtuvieron los caudales mínimo, de diseño y máximo, así como parámetros geométricos y de flujo. Para la variante 2 circular, también se determinaron caudales y parámetros como el diámetro, pendientes y cotas. El programa HY8 permite modelar y analizar hidráulicamente diferentes configuraciones de alcantarillas para definir la opción más adecuada

1. UNIVERSIDAD RICARDO PALMA
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
TALLER N°03 DE TALLER DE OBRAS HIDRÁULICAS
“Modelo HY8 - Alcantarilla circular y de cajón”

2. ÍNDICE
ÍNDICE 2
CAPITULO I: GENERALIDADES 3
1.1 Error! Bookmark not defined.
1.2 Error! Bookmark not defined.
CAPITULO II: MARCO TEÓRICO 4
2.1 Error! Bookmark not defined.
2.2 Antecedentes 6
CAPITULO III: EVALUACIÓN DE DATOS 7
3.1 Datos obtenidos mediante HY8 7
CAPITULO IV: DISCUSIÓN DE RESULTADOS 22
4.1 Datos obtenidos mediante HY8 7
CAPITULO V: CONCLUSIONES 23
CAPITULO VI: RECOMENDACIONES 23
CAPITULO VII: REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 24

3. CAPÍTULO I: GENERALIDADES
1.1 Introducción
1.2 Objetivos
Determinar las características hidráulicas más factible para la alcantarilla tipo
cajón y circular.
Definir el tipo de flujo presente en la alcantarilla tipo cajón y circular.
Obtener la línea del gradiente hidráulico, línea de energía y tirante crítico según sea
el caso.
Explicar los valores tabulados según corresponda.
Exponer ejemplos prácticos mediante investigaciones.
Uso del programa HY-8.

4. CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO
2.1 Bases Teóricas
El drenaje se clasifica como superficial y subterráneo, dependiendo de si el agua
escurre o no por las capas de la corteza terrestre.
El drenaje superficial se considera longitudinal o transversal, según la posición
que las obras guarden con respecto al eje del camino.
El drenaje longitudinal tiene por objeto captar los escurrimientos para evitar que
lleguen al camino o permanezcan en él, causando desperfectos. De este tipo de drenaje
son las cunetas, contracunetas, bordillos y canales de encauzamiento. Se llama drenaje
longitudinal porque se sitúa más o menos paralelos al eje del camino.
El drenaje transversal da paso expedito al agua que cruza de un lado a otro del
camino, o bien retira lo más pronto posible de la corona, como tubos, losas, cajones,
bóvedas, lavaderos, vados, sifones invertidos, puentes y el bombeo de la corona.
De acuerdo con la dimensión del claro de las obras de drenaje transversales, se ha
convenido dividir al drenaje en mayor y menor. El drenaje mayor requiere de obras con
un claro superior de 6 m. A las obras de drenaje mayor se les denomina puentes y a las
del drenaje menor, alcantarillas.
Una alcantarilla o también conocida como obras de base, obras de tránsito,
transversales dentro de una carretera, generalmente se emplea para la comunicación de
dos tramos del canal que queda interrumpidas por el paso de otra vía ya sea una carretera,
vía férrea, otro canal, un arroyo, un río o tubería). La alcantarilla es una obra formada por
un cabezal de entrada seguida normalmente por una obra de transición hacia un cabezal
de salida y una o varias hieleras de conductos cerrados que van por debajo de la vía que
interrumpe el paso del canal y que su longitud no sobrepasa, en muchos casos los 20-30
metros.
Imagen N#01: Perfil referencial de una alcantarilla.

5. Fuente: Imagen obtenida de “Diseño de obras de drenaje en carreteras”
Una alcantarilla debe localizarse, preferiblemente, en el trayecto del curso de agua y
en su proyecto vertical lo más conformada con el lecho del rio para evitar excavaciones
estructurales mayores o trabajos de mejoramiento del cauce.
Las alcantarillas se pueden diferenciar de diversas maneras, ya sea según su
geometría, material y según el tipo de control y flujo.
En el caso del tipo de control, estos se diferencian de la siguiente manera:
 Control a la entrada: Significa que la capacidad de descarga de la alcantarilla
está controlada en la entrada por la carga de agua y por la geometría de la
entrada. Se identifican porque el flujo es poco profundo y la velocidad es alta,
trabajan como canal es decir a gravedad. Este tipo de control tiene la desventaja
que tienen a ser más grandes con respecto a las alcantarillas de control a la
salida, por tener velocidades más altas y con flujos poco profundos.
 Control a la salida: Tiene lugar un flujo con profundidades relativamente altas y
velocidades bajas (Flujos subcríticos) y tienen a funcionar a presión, siendo
menos eficientes dado que no evacuan las máximas avenidas en el menor tiempo
posible.
En el caso del flujo, estos se diferencian de la siguiente manera:
 Flujo de salida sumergida: Tenemos una carga hidráulica a la entrada superior a
la altura o diámetro de la alcantarilla, también el tirante a la salida será superior
al diámetro de la alcantarilla teniendo la salida sumergida, al tener la alcantarilla
completamente llena se genera más fricción en ambas paredes de la tubería
generando una mayor macro rugosidad y disminuyendo las velocidades del
flujo.
Imagen N#02: Salida sumergida

6. Fuente: Imagen obtenida de “Diseño de obras de drenaje en carreteras”
 Flujo de salida no sumergida: Son las más características y las más
implementadas en obras hidráulicas. Estas se sub dividen de la siguiente manera:
o Alcantarilla hidráulicamente larga: Esta alcantarilla tiene la carga de
entrada mayor a la carga crítica entre un 20 y 50 % más y el tirante de
salida es menor a la altura o diámetro de la alcantarilla.
Imagen N#03: Salida no sumergida
Fuente: Imagen obtenida de “Diseño de obras de drenaje en carreteras”
o Alcantarilla hidráulicamente corta:
Imagen N#04: Salida no sumergida

7. Fuente: Imagen obtenida de “Diseño de obras de drenaje en carreteras”
Métodos de diseño de alcantarilla:
- Leyes de semejanza:
Dos corrientes fluidas son semejantes cuando las líneas de flujo de una lo sean
respecto a las homologas de la otra; diremos que existe semejanza cinemática.
- Semejanza geométrica:
Esta similitud es independiente de la clase de movimiento y contempla sólo
similitud en la forma. La propiedad característica de los sistemas geométricamente
similares, ya sea figuras planas, cuerpos sólidos o modelos de flujo, es que la relación
de cualquier longitud en el modelo con respecto a la longitud correspondiente en el
prototipo, es en todas partes igual. Esta relación se conoce como factor de escala y
puede expresarse como sigue:
Lr = LM / LP.
Siendo LM y Lp dimensiones lineales correspondientes en modelo y prototipo,
respectivamente y Lr factor de escalas. Entonces:
Relación de áreas:
Relación de volúmenes:
La similitud geométrica es quizá el requisito más obvio en un sistema modelo
proyectado para corresponder a un sistema prototipo dado. Sin embargo, la similitud
geométrica perfecta no siempre es fácil de obtener. No sólo debería ser la forma general
del modelo geométricamente similar a la del prototipo, sino que también deberían ser
geométricamente similares las inevitables rugosidades de la superficie. En un modelo
pequeño la rugosidad superficial podría no ser reducida de acuerdo con el factor de
escala -a menos que las superficies del modelo se pudieran hacer mucho más pulidas
que las del prototipo. Y, por ejemplo, en el estudio del movimiento de los sedimentos en

8. los ríos, un modelo pequeño requeriría -de acuerdo con el factor de escala- el uso para
representar la arena, de un polvo de finura imposible de obtener.
- Semejanza dinámica:
La similitud dinámica entre dos sistemas geométrica y cinemáticamente similares,
requiere que la razón de todas las fuerzas homólogas (incluyendo la fuerza de inercia)
en los dos sistemas sea la misma.
La segunda ley de Newton puede escribirse como sigue:
- M.a = ∑F
- M a = FP + Fg + FV + Ft + Fe
Dónde: M.a es la reacción de la masa de las fuerzas actuantes o fuerza de inercia;
Fp fuerza de presión; Fg fuerza debida a la acción de la gravedad; Ft fuerza producida
por la tensión superficial; Fv fuerza de corte debido a la viscosidad; Fe fuerza producida
por compresión elástica del fluido. Es decir:
Los subíndices M se refieren al modelo y el P al prototipo. Para que la similitud sea
perfecta es necesario además que:
Sabemos que el número de Froude viene dado por la siguiente relación:
Dónde: F es el número de Froude; V es la velocidad del fluido; g es la
aceleración de la gravedad y L es una longitud característica.
La semejanza dinámica está dada cuando Fr = 1, es decir, la razón de los
números de Froude del prototipo y modelo sea igual a uno; como la gravedad es la
misma para los dos sistemas, tenemos:

9. Para determinar la relación de caudales Qr tenemos:
2.2 Antecedentes
Para la elaboración de este trabajo se utilizó el artículo “Sistema de drenaje en obras
de carreteras”, elaborado por Soil Mechanics . UNAM, de la cual se obtuvieron los datos
para la elaboración del marco teórico.
Para la elaboración de este trabajo se utilizó la tesis “Diseño de obras de drenaje en
carreteras”, elaborado por José Martín Diaz Arias (2014), de la cual se obtuvieron los
datos para la elaboración del marco teórico.
También se usó el software “HY-8 Culvert Hydraulic Analysis Program” o “HT-8”
por sus siglas para la elaboración y verificación de los datos, el cual es un programa de
modelización hidráulica.

10. CAPÍTULO III: EVALUACIÓN DE DATOS
Equipo
0 m3/s Cajón
1.29 m3/s Concreto
4.2 m3/s
1 m
Trapezoidal 1
Ancho de Solera 2.6 m 0.016
1 m Alineada (Staright)
Pendiente del canal 0.06 m/m 45º
0.04 0.06 m/m
Cota invertida del canal 104.67 m
0
Estación de rodamiento 0 105.3 m
Ancho de la carretera 5.8 m 10.5 m
Cota nivel de rodadura 106.22 m 104.67 m
Tipo de pavimento Gravel 2
Ancho superior 2.8 m
ALCANTARILLA VARIANTE 1
TIPO CAJÓN Significa que el equipo coloca el valor apropiado
Datos Datos
Caudal de descarga Alcantarilla
Caudal minimo Tipo
Caudal de diseño Material
Caudal máximo
Condiciones canal Ancho
Canal Altura
Cota elevación de salida
Manning
Taud H:V Tipo alcantarilla
Alero
Manning Pendiente
Sitio
Carretera Estación
Cota de elevación entrada
Estación de salida
Número de barrriles

11. 3.1 Datos obtenidos mediante HY8

13. Qmax
Hw Y0 dc Y1 tw vs

15. Para la variante 2.
0 m3/s Circular
4.5 m3/s Concreto
7.82 m3/s
1150 mm
Rectangular 0.012
2.8 m Alineada (Staright)
0.015 m/m Square Edge
0.035 0.015 m/m
321.255 m
0
0 321.42 m
4.8 m 11 m
323.19 m 321.255 m
Paved 3
3.1 m
ALCANTARILLA VARIANTE 2
TIPO CIRCULAR
Datos Datos
Caudal de descarga Alcantarilla
Caudal minimo Tipo
Caudal de diseño Material
Caudal máximo
Condiciones canal Diámetro
Canal Manning
Ancho de Solera Tipo alcantarilla
Pendiente del canal Alero
Manning Pendiente
Cota invertida del canal Sitio
Carretera Estación
Estación de rodamiento Cota de elevación entrada
Ancho superior
Ancho de la carretera Estación de salida
Cota nivel de rodadura Cota elevación de salida
Tipo de pavimento Número de barrriles