El documento presenta información sobre el diseño de alcantarillas para un tramo de carretera de 4km a 5km. Explica conceptos clave como caudal, precipitaciones, escorrentía y tiempo de retorno para el diseño de alcantarillas. También describe diferentes tipos de drenaje de carreteras como cunetas, alcantarillas y puentes, así como parámetros para el diseño de alcantarillas como sección transversal, material y embocadura.

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DRENAJE DE CARRETERA
I. INTRODUCCION
- En el presente trabajo desarrollaremos los cálculos y el diseño de
alcantarillas del kilómetro 4 al kilómetro 5 de una carretera,
considerando los parámetros necesarios para realizar dicho diseño
como es el caudal, precipitaciones, escorrentía, tiempo de retorno
entre otro.
- Se diseñarán todas las alcantarillas que se requiera el kilómetro
teniendo en cuenta la pendiente del terreno y el tipo de suelo.
II. OBJETIVOS
- Objetivoespecífico:
o Hallarlos parámetrosydiseñarlasalcantarillasdel 4km- 5km.
- Objetivosgenerales.
o Determinarel númerode alcantarillasque se necesitanel kilómetro.
o Halar el caudal para el diseñode laalcantarilla.
III. MARCO TEORICO
CLASIFICACIÓN DEL DRENAJE DE CARRETERA.
- DRENAJESUPERFICIAL.
El drenaje superficial se clasifica,segúnlaposiciónque guardenlasobrasrespectoal eje
de la carretera, en paralelo o transversal.
Drenaje longitudinal: tiene por finalidad captar los escurrimientos para evitar que
alcancenla sub-rasante yconsiguientemente el deteriorode lacarreterao permanezca
en ellasincausar desperfectos,eneste tipode drenaje se consideraa las cunetasy los
colectores. La denominación de longitudinal se debe a q estas se ubican
aproximadamente en forma paralela al eje del camino.

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Drenaje transversal:tiene porobjetodar paso expeditoal agua que cruza de un lado a
otro de la carretera, o bienretirar lo más pronto posible el agua de su corona, queden
en este tipo de drenaje los tubos, losas, cajones, bóvedas, vados, sifones, etc.
De acuerdoa la dimensióndel clarode lasobras de drenaje transversal se a convenido
dividir a este en mayor o menos.
CARACTERÍSTICAS DEL DRENAJE SUPERFICIAL.
DRENAJELONGUITUDINAL.
a) Cunetas.
Son calesque se hacenen todoslostamosen laderay corte serradosde un camino
y sirvenpara interceptarel aguasuperficial que proviene del mismo,de lostaludes
cuandoexiste corte ydel terrenonatural adyacentes,enciertoslugaressirvenpara
almacenarla nieve que cae, o que se acumula al limpiarlavia. Su funciónprincipal
es conducir el agua superficial a una corriente natural o a una obra transversal,
alejándolo lo mas pronto posible de la zona ocupada por la carretera.
Según la N.P.D.C. las cunetas por lo general tendrán sección triangular y sus
dimensiones serán fijadas de acuerdo a las condiciones pluviograficas.
REGION PROFUNDIDAD(m) ANCHO(m)
seca 0.2 0.5
lluviosa 0.3 0.5
Muy lluviosa 0.5 1.00
FUENTE: norma peruanapara el diseñode carreteras.
Los principales cruces de agua en una via terrestre la constituyen los puentes,las
alcantarillasyaliviaderosde cuneta,lafronteraentre ambostiposde estructurano
esta naturalmente definida. Convenientemente se acepta.
NOMENCLATURA ANCHODE CAUSE
alcantarilla 1m ˂L˂ = 4m
pontón 4m ˂L˂ = 10m
puente L˃ 10m

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Fig: # 1: se muestra a una cuneta trapezoidal.
b) Cunetaso zanjas de coronación
Las cunetas o zanjas de coronación son canales que se construyen en la parte
naturales y conducirlas hacia la quebrada o descarga más próxima del sistema
general de drenaje,evitandode estemodolaerosióndelterreno,especialmente en
zonas de pendiente pronunciada.
c) Contracunetas
Se denominan contracunetas, a los canales excavados en el terreno natural o
formadoscon pequeñosbordos,que se localizanaguas arriba de los taludesde los
cortes, con la finalidad de interceptar el agua superficial que escurre ladera abajo
desde mayores alturas, para evitar la erosión del talud y el congestionamiento de
las cunetas y la corona de la vía terrestre por el agua y su material de arrastre.
Fig:#2: Ubicación de la contra cuneta
Fig:#3: Dimensiones de la contracuneta.

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d) Bombeo
Se denomina Bombeo a la pendiente transversal que se da en las carreteras para
permitir que el agua que directamente cae sobre ellas escurra hacia sus dos
hombros.
Fig:#4: se muestra el bombeo de una carretera.
e) Vado
Este tipo de solución como obra de drenaje es poco común, es una obra de paso
para el agua, dejando que ésta continúe su curso de manera natural sin afectar su
nivel de escurrimiento, es decir, la carretera pasará a nivel del agua respetando su
condición actual.
Fig: #5: Proyección del vano en el camino.

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DRENAJETRANSVERSAL
Las obrasde drenaje,enalgunasvecesseránecesariohacergrandesobrasde drenaje yenotros
casos será necesario hacer pequeñas obras de drenaje.
a) Alcantarillas:
Sonconductosdispuestosparaque paseel agua de escorrentíasuperficial pordebajodelasvías,
caminosoterraplenes.Sonde pequeñaluz,menora3metros.Yque generalmenteconstituidos
por tubos galvanizados o de concreto, también pueden ser de cajones de concreto reforzado
con secciones cuadradas, rectangular, trapezoidales o en arco.
- Propósito: la mayoría de las alcantarillas se colocan en causes de pequeñas
quebradas o cursos de agua que cruzan el camino, las cunetas de la carretera se
encargan de recoger el agua de lluvia que cae directamente sobre ella
transportándola hacia la alcantarilla más cercana.
- Condicionesolugares para colocar una cuneta
Comoreglageneranlaalcantarilladebeseguirlaalineaciónyel gradientedel drennatural,para
minimizarlaspérdidasde energíaylaerosión.Sinembargo,resultamáseconómicocolocaruna
alcantarilla perpendicular a la carretera o camino con ciertos cambios aceptables en el
alineamiento del dren.
- Se aplicanal diseñovial,esdecircuandoel flujoesinterceptadoporuncaminoo
una vía de ferrocarril.
- Se aplicaal diseñode desagüe esdecirparaevacuarmediante unconductotodas
lasaguas residualesyservidas.
Parámetros a determinarenel diseño
Para diseñarunaalcantarillase debe determinar:
- Tipode sección
- Material
- Embocadurade alcantarilla
Conla pendiente ylalongitudse esperaque seacapazde evacuarel caudal de diseñoprobando
un nivel de agua de agua en la entrada que no ponga un peligro de falla estructural.

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CONOCIMIENTOSPREVIOS PARA EL DISEÑO
A la hora de proyectar el drenaje de unacarretera debentenerpresentesunaserie de factores
que influyen directamente en el tipo de sistema más adecuado, así como un posterior
funcionamiento. Los destacables son:
a) Factor topográfico: dentrode este grupo se englobancircunstanciasde tipofísico,tales
como la ubicación dela carretera respecto al terreno lateral contiguo en desmontes,
terraplénomedialuna,latipología del relieve existente llano,ondulado, accidentado.
b) Factor hidrológico:hacenreferenciaal áreade lacunetade recepciónyaporte de aguas
superficiales que afectan directamente a la carretera, así como la presencia, nivel y
caudal de aguassubterráneasque puedeninfiltrarse en las capas inferiores del firme.
c) Factor geotécnico: la naturaleza y características de los suelos existentes en la zona
condicionadalafacilidadconque el aguapuede llegaralavíadesde supuntode origen,
así comolaposibilidadde queocasionecorrimientosounaerosiónexcesivadel terreno.
Una vez sopesadosestos factores se procede al diseñode la red de drenaje,que debe cumplir
los siguientes objetivos:
- Evacuar de maneraeficazylo másrápidoposible el aguacaída sobre la superficie
de rodadura y lostaludesde laexplanacióncontiguosaella.
- Prestarespecial atenciónaloscaucesnaturales.
- No suponerunpeligroañadidoparalaseguridaddel conductor,empleandopara
ellostúnelesmássuaves.
- El coste inicial de construccióne implementacióndel sistemade drenaje.
- Los costesde reparacióny mantenimientode lainfraestructurade drenaje alo
largode la vidaútil de lacarretera.
TIPOS DE ESCURRIMIENTO EN ALCANTARILLAS
el camino constituye una barrera artificial para el agua que escurre a superficie libre sobre la
laderade la montaña y para todos los cursos de agua (de mayor o menortamaño) que drenan
por los múltiples cauces que bajan por la ladera. Cuando esos flujos encuentran el camino,

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comienzan a escurrir paralelos al mismo y en la dirección de la pendiente longitudinal del
camino.Porestarazónse construyenalosbordesdel caminocanalesocanaletasque conducen
el agua paralelo al mismo. Estos canales van recolectando agua en su recorrido hasta llegar a
una alcantarilla que la recibe y la cruza transversalmente al otro lado del camino.
De acuerdo a las dimensiones, material de la alcantarilla,caudal, condiciones de entrada y de
salida de la misma, etc irán variando las características hidráulicas del flujo; pudiendo variar
desde un flujo a superficie libre con un tirante pequeño, hasta un conducto a presión, cuando
fluye totalmente llena. En el primer caso, podría dimensionarse la alcantarilla empleando la
teoría de flujoencanalesabiertos,mientrasque enel segundo,conlasecuacionesde la teoría
de conductos. Entre ambas condiciones extremas se plantean un gran número de casos con
soluciones mas o menos complejas. En conclusión, el análisis hidráulico teórico del
escurrimiento en el interior de una alcantarilla es muy complejo.
Por esta razón se han hecho numerosos ensayos de laboratorio de la mayoría de los casos
prácticos de diseño de alcantarillas. Estos ensayos,posteriormente han sido convalidadoscon
observacionesen el terreno y se han obtenido resultados altamente satisfactorios. A partir de
esta experimentación, se han puesto de manifiesto dos formas fundamentales típicas de
escurrimiento en alcantarillas, que incluyen todas las demás:
1) Escurrimientoconcontrol de entrada
2) Escurrimientoconcontrol de salida
Entendiendoporsecciónde control,aquellaseccióndonde existeunarelacióndefinidaentreel
caudal y el tirante. Es la sección en la cual se asume que se desarrolla un tirante próximo al
crítico.
TIPO DE FLUJO DE ALCANTARILLAS
Flujocon control de entrada
En el flujoconcontrol de entradael tirante críticose formaenlasproximidadesde lasecciónde
entrada a la alcantarilla, quedando hacia aguas arriba de dicha sección un remanso en flujo
subcrítico,yaguasabajo,unflujosupercrítico.De modoque loqueocurre desdelasecciónhacia
aguas arriba, tiene influencia en el nivel a la entrada de la alcantarilla, pero no tiene ninguna

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influencialoque ocurre aguas abajo de dicha sección.Por eso,lasvariablesque intervienenen
este tipo de flujo son:
· Tipoy dimensionesde laseccióntransversal.Ej:circularcon diám=2m.
· Geometríade la embocadura.Ej:Con alasa 30º con respectoal eje.
· Nivel de aguaa la entrada.Se utilizalaalturaHe.
Si biennoes sencillopredefinircuandounflujotendrácontrol de entrada,loscasosmastípicos
son aquellos en los cuales:
1) La entrada está descubierta y la pendiente es supercrítica (Fig.),pudiendo o no fluir llena la
sección en parte del conducto.
2) La entrada está sumergida, y sin embargo no fluye lleno el conducto (Fig.), pudendo ser
subcrítica o supercrítica la pendiente.
Fig:#6: se muestra el tipo de flujo.
Cálculosparaflujocon control de entrada
El procedimientode cálculoesmuysencilloparaeste tipode flujo,ypuede plantearse enlos
siguientespasos:
1) Se adoptaun caudal de diseño.
2) Se propone untipode alcantarilla(formaydimensiones).
3) Se elige untipode entrada.
4) Se calcula el nivel que debe formarse a la entrada (He) necesario para permitir el paso del
caudal de diseño.Si ese nivel verificalascondicionesde nuestroproyecto,esdecir,nosuperala
altura máxima admisible para el agua a la entrada de la alcantarilla de acuerdo a los

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condicionantesde diseño planteados en el problema en cuestión, se continúa en el paso 5, de
lo contrario, se vuelve al paso 2.
5) Se observaque el nivel He noseademasiadopequeño,esdecir,que laalcantarillanose haya
sobredimensionado, pues esto ocasionaría costos excesivos e innecesarios.
6) Se adoptala alcantarillapropuestacomounade lasposiblessolucionesdel problema.
Para este tipode flujotenemosnomogramasque interrelacionanlasvariablesinvolucradas.En
la figura3 se presentaunode estosnomogramas.En particularse presentael nomogramaque
construidopara seccionestransversalesde alcantarillatipobóveda,donde laalturay en ancho
máximo de la bóveda definen la geometría de la sección.
Fig:#7: se muestra el Abaco para el diseño

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El procedimientode cálculoesel siguiente:
1- Se busca enla primerrecta vertical del nomograma,lasdimensionesde la
alcantarillaque deseoverificar.Porej:0,91m x 0,56m, para una secc.abovedada.
2- Se elige el caudal de diseñoenlasegundarecta.Porej:0,60 m3 /s.
3- Se traza una recta que una ambos puntos, y se prolonga hasta que intersecta la
primerade el trío de rectas que estána laderechadel nomograma.Luego se traza
una horizontal, y se elige el valor de He / D que corresponde al tipo de entrada
adoptado.Porej:parael tipode entrada(3),esdecirconel conductosobresaliente
del talud,sin cabezal, se adopta un He / D = 1,3. Es decir que He = 1,3 x D = 0,73m.
Está claro que el valor obtenido no es demasiado grande pues no llega ni siquiera a la
altura de 0,91m de la alcantarilla, pero podría ser demasiado pequeño, con lo cual se
aconsejaría redimensionar la alcantarilla, reduciendo sus dimensiones de sección o
tomando otro tipo de sección con nuevas dimensiones.
Flujocon control de entrada En el flujocon control de salidael tirante crítico se forma
en las proximidades de la sección de salida de la alcantarilla, quedando hacia aguas
arriba de dicha sección un remanso en flujo subcrítico, y aguas abajo, un flujo
supercrítico. De modo que todo lo que ocurre desde la sección de salida hacia aguas
arriba tiene influencia en el nivel a la entrada de la alcantarilla. Por eso, las variables
que intervienen en este tipo de flujo son las mismas que intervienen en el control de
entrada mas las que corresponden al tramo entre esta sección y la de salida:
· Tipoy dimensionesde laseccióntransversal.Ej:circularcon diám=2m.
· Geometríade laembocadura.Ej: Conalas a 30º con respectoal eje.· Nivel de aguaa
la entrada.Se utilizalaalturaHe.
· Nivel de aguaa la salida.
· Pendientedel conducto.
· Rugosidaddel conducto.
· Largo del conducto.

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Al igual que en control de entrada, tampoco aquí es sencillopredefinir cuando un flujotendrá
control de salida, los casos mas típicos son aquellos en los cuales:
1) La alturadel agua no sumerge laentraday lapendiente delconductoessubcrítica
2) La alcantarillafluyendoaplenacapacidad
Fig:#8: altura del agua no sumergida.
Fig:#9: La alcantarilla fluyendo a plena capacidad
En el caso de flujocon control de salidacomienzana intervenirenel cálculolas características
del flujoenlaalcantarillaya la salidade la misma.Desde el puntode vistadel cálculoconviene
identificar distintos tipos de escurrimiento en alcantarillas con control de salida. La figura XX6
presenta cuatro tipos de flujo con control de salida:
A) Caso de secciónllenaconnivel aguasabajopor encimadel dintel de lasecciónde salida.
B) Casode secciónllenaconnivel aguasabajopordebajodel dintel de lasecciónde salida.
C) Casode secciónparcialmentellenaenuntramodel conducto.

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D) Casode secciónparcialmentellenaentodoel conducto.
Fig:#10: se muestra el sentido del flujo.
RENAJE SUBTERRÁNEO
El drenaje subterráneo tiene como principal misión controlar y limitar la humedad de la explanada, así
como de las diversas capas que integran el firme de una carretera.
Para ello deberá cumplir las siguientes funciones:
. Interceptar y desviar corrientes subterráneas antes de que lleguen al lecho de la carretera.
. En caso de que el nivel freático sea alto, debe mantenerlo a una distancia considerable del firme.
. Sanear las capas de firme, evacuando el agua que pudiera infiltrarse en ellas.

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IV. DISEÑO DE ALCANTARILLAS
En el tramo de la carretera enestudiodel 4kmal 5km, esdeciren laprogesiva4+680
Por lacual pasa una quebradapara lacual se va diseñarunaalcantarillaparaq así puedala
quebradacontinúe consucurso natural y no malogre lacarretera.
progresiva Tipode alcantarilla
Km 4+680 rectangular
Para poderhallarel caudal en el puntode intersecciónconlacarreterase debe realizar un
análisisde lamicrocuenca,obteniendoasíel área de contribución,pendiente tiempode
concentración,periodode retornolaintensidad,conestosdatosse puede hablarel caudal por
el métodoracional para luegorealizarel diseñode laalcantarilla.
Caudal de diseño
Pasos a seguir:
- Hallar el coeficiente de escorrentía
- Intensidad
- Área
Por el métodoracional sabemosque:
𝑸 =
𝑪 ∗ 𝑰 ∗ 𝑨
𝟑𝟔𝟎
DONDE:
- C= coeficiente de escorrentíaaparabosques. (tabal #4)
- Intensidad de precipitación.(figura#5)
- Áreade lamicrocuenca.

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Ubicación de
la alcantarilla
C I (mm/h) AREA(ha) Caudal de la
cuenca
Km 4+680 0.65 56 1.65 0.1854m3/s
Diseñode la alcantarilla ubica en el km 4+680
- El caudal de diseñoparalaalcantarilla será:
Q diseño= 0.1854m3/s
- Consideramos una pendiente de 6% y un W= 1.00 y un D =1.00
DATOS PARA EL DISEÑO:
Q diseño (M3/S) 0.1854
W(m) 1.00
D(m) 1.00
g(m/s2) 9.8
pendiente 0.06
n 0.014
- Hallamosel tirante critico:
𝑑𝑐 = √
𝑞2
𝑔
3
Donde:
q= descarga por unidad de ancho

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𝑞 =
𝑄
1.00
=
0.165 𝑚3/𝑠
1.00
= 0.165
𝑑𝑐 = √
0.1652
9.8
=
3
0.1518
- Según Maning se tiene que:
𝑄 =
𝐴
𝑛
∗ 𝑅
2
3 ∗ 𝑆1/2
- Hallamos el área:
A= dc*w
A=0.1518*1.00= 0.1518m2
- Hallamos el p:
P= 2*dc+w
P= 2*0.1518+1
P= 1.2944m
- Hallamos el radio hidráulico:
𝑅 =
𝐴
𝑃
𝑅 =
0.1472
1.281
R= 0.1137 m
- Por lotanto,se tiene:
𝑆𝑐 = (
𝑄 ∗ 𝑛
𝐴 ∗ 𝑅2/3
)
2
𝑆𝑐 = (
0.165 ∗ 0.06
0.1405 ∗ 0.11372/3
)
2
Sc= 0.05702
Sc= 0.05702 ˂0.06………………… ok

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Por lotanto, la pendiente essupercríticaporloque se debe utilizarel Abaco#7
datos metros Pies
Q (m3/s) 0.165 16.96
D (m) 1.00 3.28
W (m) 1.00 3.28
- HallamoslarelaciónQ/W
Q/w= 16.96/3.28=5.17
- EL ABANCOSEOBTIEN LA RELACION:
H/D= 0.21
H=0.21*D
H=0.21*3.28
H=0.69 pulgadas=0.21m
- Comprobacióndel caudal:
Q=W*√ 𝐺(
𝐻
1.5
)
3/2
Q=1.00*√9.81 (
0.44
1.5
)
3/2
Q=0.1640 m3/s≈ 0.165 m3/s--------------ok
Se obtiene el mismo resultado por lo tanto el diseño es correcto.

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V. Conclusiones.
- Se logró diseñar la alcantarilla del km4-km5.
- Se calculó el caudal para poder diseñar a la alcantarilla.
- Se logró poner en práctica los conocimientos adquiridos en clase y poder diseñar
una alcantarilla.
VI. Bibliografía:
- Cátedrade Transporte II.(1992). “Diseñogeométricode caminos,CapIII:Drenaje”.
F.C.E.F.y N. – U.N.C.
- Office of TechnologyApplications(1999).“HydrainIntegratedDrainage Design
ComputerSystem.Volume V.HY8– Culverts”.Federal HighwayAdministration.
Washington,DC.