ALCANTARILLAS EN CARRETERAS

1. 1
CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................... 2
2. DEFINICIÓN DE ACANTARILLA ........................................................................... 2
3. OBJETIVO ................................................................................................................ 2
4. ASPECTOS GENERALES DE LAS ALCANTARILLAS ....................................... 2
4.1. Ubicación en Planta.......................................................................................... 2
4.2. Perfil Longitudinal ............................................................................................. 4
4.3. Forma y sección ............................................................................................... 5
4.4. Tipos de Entrada .............................................................................................. 6
4.5. Materiales .......................................................................................................... 7
5. ASPECTOS DE DISEÑO ........................................................................................ 8
5.1. ANALISIS HIDROLOGICO .............................................................................. 8
5.2. ANALISIS HIDRÁULICO............................................................................... 13
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................... 24
7. ANEXOS ................................................................................................................. 25

2. 2
1. INTRODUCCIÓN
La precipitación pluvial que cae en determinada área se distribuye de varias maneras;
una parte escurre superficialmente, otra se evapora y el resto se infiltra en el terreno.
Cuando el escurrimiento superficial y la infiltración alcanzan a la estructura de la via
ocasiona serios problemas, lo que amerita la necesidad de disponer de elementos de
prevención y protección.
Para tal efecto en el diseño de una carretera se debe considerar:
 Drenaje Superficial: Longitudinal (cunetas, zanjas de coronamiento, bordillos),
Transversal (puentes, puentes vado, bóvedas, alcantarillas)
 Drenaje Subterráneo
DRENAJE TRANSVERSAL - ALCANTARILLAS
El drenaje transversal de la carretera se consigue mediante alcantarillas cuya función
es proporcionar un medio para que el agua superficial que escurre por cauces
naturales o artificiales de moderada importancia, en forma permanente o eventual,
pueda atravesar bajo la plataforma de la carretera sin causar daños a ésta, riesgos al
tráfico o a la propiedad adyacente.
2. DEFINICIÓN DE ACANTARILLA
Se entiende por alcantarilla a una estructura de drenaje cuya luz mayor, medida
paralela al eje de la carretera, sea de hasta 6 m; Losas de luces mayores, se tratarán
como puentes en lo relativo a su cálculo hidráulico. La alcantarilla debe ser capaz de
soportar las cargas del tráfico en la carretera, el peso de la tierra sobre ella, las cargas
durante la construcción, etc., es decir, también debe cumplir requisitos de tipo
estructural.
3. OBJETIVO
El objetivo principal es diseñar la alcantarilla que permitirá el paso del flujo de agua sin
dañar la carretera; para tal efecto se debe conocer los criterios necesarios para un
diseño óptimo
4. ASPECTOS GENERALES DE LAS ALCANTARILLAS
4.1. Ubicación en Planta
Desde el punto de vista económico el reemplazo de la ubicación natural del cauce por
otra normal o casi normal al eje del camino, implica la disminución del largo del
conducto, el acondicionamiento del cauce y la construcción adicional de un canal de

3. 3
entrada y/o de salida. Las distintas soluciones que podrían darse en el caso general,
de un cauce con fuerte esviaje aparecen en la Figura 5.1.
Figura 5.1 Cauces con fuerte esviaje respecto del eje del camino
Caso 1: Se conserva la entrada y la salida del canal natural. Esta solución de la
longitud máxima de alcantarilla colocando la alcantarilla ligeramente a un lado del
canal natural se puede obtener por lo general una mejor función, siendo necesario
desviar la corriente.
Caso 2: La entrada se la coloca en el canal natural y la salida se desplaza para tener
una alcantarilla casi normal al eje de la carretera. Como en este caso se ha alargado
la línea de flujo, esto será acosta de reducir la pendiente. Las estructuras de entrada y
salida y la alineación del canal deben hacerse a tal modo de minimizar los efectos de
cambios bruscos de dirección. Ello podría aumentar la sección de la alcantarilla
comparada con la de la solución anterior. En los efecto será necesario considerar
estructuras especiales en la entrada y salida, la construcción del canal a la salida y su
mantención.
Caso 3: Se ha desplazado la entrada de modo que la salida descargue directamente
en el canal natural. El canal de acercamiento a la alcantarilla debe tener una buena
alineación con ella para necesitar una entrada o salida especial. El tamaño de la
alcantarilla puede ser influenciado por el hecho que al aumentar la longitud de flujo
debe reducirse la pendiente. Habrá costos adicionales por construcción y mantención
del canal, un posible mayor diámetro y protección del terraplén en la entrada.

4. 4
Caso 4: En este caso se ha desplazado, tanto la entrada como la salida. No se
obtiene un mejoramiento hidráulico con esta solución y solo conviene usarla cuando
hay restricciones de espacio para otras soluciones. En este caso se requieren
estructuras especiales de entrada y de salida de canales de acercamiento en los dos
extremos, los que deben considerarse en el costo, además de una posible mayor
sección de la alcantarilla debido a la disminución de la pendiente.
4.2. Perfil Longitudinal
La mayoría de las alcantarillas se colocan siguiendo la pendiente natural del cauce,
sin embargo, en ciertos casos puede resultar aconsejable alterar la situación
existente. Estas modificaciones de pendiente pueden usarse para disminuir la erosión
en el o en los tubos de la alcantarilla, inducir el depósito de sedimentos, mejorar las
condiciones hidráulicas, acortar las alcantarillas o reducir los requerimientos
estructurales. Sin embargo, las alteraciones de la pendiente deben ser estudiadas en
forma cuidadosa de tal modo de no producir efectos indeseables.
En la Figura 5.2 se indican los perfiles longitudinales de alcantarillas más usuales con
sus respectivas estructuras especiales de salida o de entrada.
En general, al cambiar la pendiente en cada uno de estos casos, debe tenerse
especial cuidado que el terreno de fundación de la alcantarilla no permita
asentamientos, debiendo ser terreno natural firme o relleno estructural debidamente
compactado, en caso contrario las fuerzas de corte causadas por el asentamiento de
terraplenes importantes, pueden causar el colapso total de la estructura.

5. 5
4.3. Forma y sección
Las formas usuales de alcantarillas son: Circulares, Cajón (rectangular), Elíptico, Tubo
– Arco, Arco y múltiples. La selección de la forma está basado en el coste de la
construcción de la alcantarilla, las limitaciones de la altura de agua río arriba, altura de
terraplén de calzada, y rendimiento hidráulico.
La alcantarilla circular es una de las más usadas y resiste en forma satisfactoria, en la
mayoría de los casos, las cargas a que son sometidas. Existen distintos tipos de tubos
circulares que se utilizan con este propósito. El diámetro para alcantarillas de caminos
locales o de desarrollo deberá ser al menos 0,8 m, o bien 1m si la longitud de la obra
es mayor a 10 m. En las demás categorías de caminos y carreteras el diámetro
mínimo será de 1 m.
Las alcantarillas de cajón cuadradas o rectangulares pueden ser diseñadas para
evacuar grandes caudales y pueden acomodarse con cambios de altura, a distintas
limitaciones que puedan existir, tales como alturas de terraplén o alturas permisibles
de agua en la entrada. Como generalmente se construyen en el lugar deberá tomarse
en cuenta, el tiempo de construcción al compararlas con las circulares prefabricadas.
En los cauces naturales que presentan caudales de diseño importante, si la rasante
es baja respecto del fondo del cauce, se suelen ocupar alcantarillas múltiples. Sin
embargo, cuando se ensancha un canal para acomodar una batería de alcantarillas
múltiples, se tiende a producir depósito de sedimentos tanto en el canal como en la
alcantarilla, situación que deberá tenerse presente.
La capacidad hidráulica de una alcantarilla puede ser mejorada por la selección de
entrada apropiada. Debido a que el canal natural es generalmente más amplio que el
barril de alcantarilla, el borde de entrada de alcantarilla representa una contracción de
circulación y podría ser el control de circulación principal.

6. 6
4.4. Tipos de Entrada
Los distintos tipos de entrada en la circulación del flujo disminuirá gradual la pérdida
de energía y creará una condición de entrada más eficiente hidráulicamente por lo
tanto, los bordes biselados son por lo tanto más eficientes que los bordes
cuadrados(Figura 5.5). Las entradas con Alas y Muro frontal reducen la contracción de
circulación más lejos(Figura 5.6). Las entrada hundidas con muro frontal y alas,
incrementan la altura eficaz sobre la sección de control de circulación (Figura 5.7), así
incrementando la eficiencia de alcantarilla más lejos.

7. 7
4.5. Materiales
Los materiales más usados para las alcantarillas son el hormigón (armado in situ o
prefabricado) y el acero corrugado. En la elección del material de la alcantarilla se
deben tomar en cuenta la durabilidad, resistencia, rugosidad, condiciones del terreno,
resistencia a la corrosión, abrasión e impermeabilidad. No es posible dar reglas
generales para la elección del material ya que depende del tipo de suelo, del agua y
de la disponibilidad de los materiales en el lugar. Sin embargo, deberá tenerse
presente al menos lo siguiente:
Según sea la categoría de la carretera se deben considerar las siguientes vidas útiles:
Autopistas > 50 años
Colectores y Locales > 30 años
Desarrollo > 10 años
Si se trata de caminos pavimentados la alcantarilla debe asegurar una
impermeabilidad que evite la saturación del terraplén adyacente, lo cual puede
acarrear asentamientos del terraplén con el consecuente daño al pavimento.
Alcantarillas bajo terraplenes con altura superior a 5 m, deberán construirse
preferentemente de hormigón armado, por la dificultad que conlleva el reemplazo.

8. 8
5. ASPECTOS DE DISEÑO
5.1. ANALISIS HIDROLOGICO
Los estudios hidrológicos permiten determinar el caudal de diseño de la estructura,
el cual está en correspondencia con el tamaño y característica de la cuenca, su
cubierta de suelo y la tormenta de diseño. Para un estudio hidrológico apropiado, se
ha dividido según el tamaño en: método para cuencas menores y cuencas
medianas.
Método Racional Modificado
El Método Racional es utilizable en cuencas pequeñas, menores de 25 km². Supone
que el escurrimiento máximo proveniente de una tormenta es proporcional a la lluvia
caída, supuesto que se cumple en forma más rigurosa en cuencas mayoritariamente
impermeables o en la medida que la magnitud de la lluvia crece y el área aportante se
satura.
Este método amplía el campo de aplicación del método racional, puesto que se
considera el efecto de la no uniformidad de las lluvias mediante un coeficiente de
uniformidad. De este modo, se admiten variaciones en el reparto temporal de la lluvia
neta que favorecen el desarrollo de los caudales punta, y solucionan el problema que
planteaba la antigua hipótesis de lluvia neta constante admitida en la fórmula racional,
que ofrecía resultados poco acordes con la realidad.
El coeficiente de uniformidad representa el cociente entre los caudales punta en el
caso de suponer la lluvia neta variable y en el caso de considerarla constante dentro
del intervalo de cálculo de duración igual al tiempo de concentración de la cuenca en
cuestión.
Según dicha formulación, el caudal punta de avenida en el punto de cruce de una
vaguada con el trazado, para un período de retorno dado, se obtiene mediante la
expresión:
Q = CU ×
CIA
3.6
(5.1)
Dónde:
Q: Caudal punta correspondiente a un determinado período de retorno (m3/s).
I: Máxima intensidad media de precipitación, correspondiente al período de
retorno considerado y a un intervalo igual al tiempo de concentración
(mm/h).
A: Superficie de la cuenca (Km2).
C: Coeficiente de escorrentía.
CU: Coeficiente de uniformidad.
El método racional se ha utilizado ampliamente para la determinación de caudales de
diseño en carreteras, debido a su simplicidad y lógica. Sin embargo se deben tener
presentes sus limitaciones y las hipótesis involucradas. El método supone que el
coeficiente de escorrentía se mantiene constante para distintas tormentas, lo cual es
estrictamente válido sólo para áreas impermeables, de allí la necesidad de amplificar
los valores de (C) para períodos de retorno altos.

9. 9
Determinación del coeficiente de uniformidad (CU)
El coeficiente de uniformidad (CU) corrige el supuesto reparto uniforme de la
escorrentía dentro del intervalo de cálculo de duración igual al tiempo de
concentración contemplado en la formulación del método racional.
Aunque el coeficiente de uniformidad varía de un aguacero a otro, su valor medio en
una cuenca concreta depende principalmente de su tiempo de concentración. Esta
dependencia es tan acusada que, a efectos prácticos, puede despreciarse la
influencia de las restantes variables, tales como el régimen de precipitaciones, etc.
Según J. R. Témez, su estimación, en valores medios, puede realizarse según la
siguiente expresión:
CU = 1 +
tc
1.25
tc
1.25+14
(5.2)
Dónde:
CU: Coeficiente de uniformidad, que tiene en cuenta la falta de uniformidad en
la distribución del aguacero.
Tc: Tiempo de concentración (horas).
Dicha expresión está basada en los contrastes realizados en diferentes cursos de
agua dotados de estaciones de aforo, y en las conclusiones deducidas de algunos
análisis teóricos desarrollados mediante el hidrograma unitario.
Tiempo de concentración (TC)
El Tiempo de Concentración se define como el lapso de tiempo, bajo precipitación
constante, que tarda el agua en ir desde el punto más distante hidráulicamente
definido dentro la cuenca hasta el punto de evacuación o control.
La Tabla 5.1 y Tabla 5.2 se resumen las expresiones que se han propuesto para
estimar el tiempo de concentración en distintos casos. Por ser este tipo de
expresiones producto de resultados empíricos, obtenidos bajo ciertas condiciones
particulares, es necesario tener presente que debe juzgarse cualitativamente la
factibilidad física del resultado entregado, previo a su aceptación. Como norma
general, el tiempo de concentración no debe ser inferior a 10 minutos, salvo que se
tengan mediciones en terreno que justifiquen adoptar valores menores.

10. 10
Coeficientes de escorrentía
Los coeficientes de escurrimiento dependen de las características del terreno, uso y
manejo del suelo, condiciones de infiltración, etc. y se necesita un criterio técnico
adecuado y experiencia para seleccionar un valor representativo. En la Tabla 5.3 se
entregan antecedentes con rangos usuales de este coeficiente para diversos tipos de
situaciones.
Tipo de Terreno Coeficiente de
escorrentíaPavimentos de adoquín 0,50 – 0,70
Pavimentos asfálticos 0,70 – 0,95
Pavimentos en concreto 0,80 – 0,95
Suelo arenoso con vegetación y pendiente 2%
- 7%
0,15 – 0,20
Suelo arcilloso con pasto y pendiente 2% - 7% 0,25 – 0,65

11. 11
Zonas de cultivo 0,20 – 0,40
Tabla 5.3 Coeficientes de escurrimiento (C)
Tipo de superficie
Periodo de retorno en años
2 15 25
Tierra cultivada
Plana 0-2% 0.31 0.38 0.40
Promedio, 2-7% 0.35 0.43 0.44
Pronunciada mayor
7%
0.39 0.46 0.48
Pasto/matorral
Plana 0-2% 0.25 0.32 0.34
Promedio, 2-7% 0.33 0.40 0.42
Pronunciada mayor
7%
0.37 0.44 0.46
Bosque
Plana 0-2% 0.22 0.30 0.31
Promedio, 2-7% 0.31 0.38 0.40
Pronunciada, mayor
7%
0.35 0.43 0.45
Pantano 0.90 0.90 0.90
Tabla 5.4 Coeficiente de Escorrentía
El método racional se ha utilizado ampliamente para la determinación de caudales de
diseño en carreteras, debido a su simplicidad y lógica. Sin embargo se deben tener
presentes sus limitaciones y las hipótesis involucradas. El método supone que el
coeficiente de escorrentía se mantiene constante para distintas tormentas, lo cual es
estrictamente válido sólo para áreas impermeables, de allí la necesidad de amplificar
los valores de (C) para períodos de retorno altos. Se asume que el período de retorno
de la lluvia de diseño es igual al del caudal máximo.
Determinación de la intensidad
La intensidad se expresa como el promedio de la lluvia en mm/hora para un
periodo de retorno determinado y una duración igual al del tiempo de
concentración (Tc) de la cuenca.
Los valores intensidades se pueden obtener a partir de las curvas Intensidad
Duración Frecuencia (IDF). El ajuste de los datos por medio de los mínimos
cuadrados resulta en una ecuación en la cual se entra con la duración en
minutos y se obtiene la intensidad.
A CONTINUACIÓN SE MOSTRARA LA ECUACIÓN DE INTENSIDAD PARA
COCHABAMBA (FUENTE: ENDE):

12. 12
ECUACIONES DE INTENSIDAD PARA DISTINTOS LUGARES DE BOLIVIA
(FUENTE: NB688)

13. 13
5.2. ANALISIS HIDRÁULICO
Si observamos una alcantarilla, no es más que un conducto cuya sección puede ser
circular, ovalada, rectangular, etc. Imaginemos que este conducto atraviesa
un camino que se encuentra en la ladera de una montaña. Evidentemente, el
camino constituye una barrera artificial para el agua que escurre a superficie
libre sobre la ladera de la montaña y para todos los cursos de agua que
drenan por los múltiples cauces que bajan por la ladera. Cuando esos flujos
encuentran el camino, comienzan a escurrir paralelos al mismo y en la dirección
de la pendiente longitudinal del camino. Por esta razón se construyen a los
bordes del camino canales o canaletas que 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. Se
han puesto de manifiesto dos formas fundamentales típicas de escurrimiento
en alcantarillas:
 Escurrimiento con control de entrada
 Escurrimiento con control de salida
En el escurrimiento con control de entrada, el caudal que puede pasar por la
alcantarilla, depende fundamentalmente de las condiciones de entrada a la
misma. Es decir, depende de la sección transversal del conducto, de la
geometría de la embocadura y de la profundidad del agua a la entrada o altura
del remanso. En este tipo de escurrimiento no influyen las características del
conducto mismo.

14. 14
En el escurrimiento con control de salida debe agregarse a las anteriores el
nivel del agua a la salida, la pendiente, longitud y rugosidad del conducto.
5.2.1. Carga hidráulica en la entrada o profundidad del remanso
Corresponde a la profundidad del agua en la entrada, medida desde el punto más
bajo (umbral o radier de la alcantarilla). Esta obra, al limitar el paso libre del agua,
causará un aumento de nivel hacia aguas arriba y en consecuencia puede ocasionar
daños a la carretera o a las propiedades vecinas. Se limitará la carga hidráulica
máxima con el fin de proteger la vida de los usuarios o vecinos, proteger la estabilidad
del terraplén, no producir inundaciones a los terrenos adyacentes, no producir daños
a la alcantarilla y a la vía, no causar interrupciones al tráfico y no sobrepasar los
límites de velocidad de agua recomendados en las alcantarillas y en el cauce a la
salida.
Tanto para alcantarillas con control de entrada como de salida, los tubos, cajones y
losas se diseñarán hidráulicamente, respetando una carga máxima He, según se trate
de canales o cauces naturales permanentes o no permanentes. En los canales, la
carga máxima de diseño será igual a la dimensión de la alcantarilla. En los cauces
naturales se podrá aceptar una carga a la entrada igual a la dimensión de la
alcantarilla más 0,3 m para el gasto de diseño.
5.2.2. Velocidad en la salida
Los principales factores que afectan a esta velocidad son la pendiente y rugosidad de
la alcantarilla, no influyendo la forma y tamaño significativamente, salvo en los casos
en que se produce flujo a boca llena.
Velocidad en alcantarillas que fluyen con control de entrada.- La velocidad a la salida
de alcantarillas escurriendo con control de entrada, puede obtenerse en forma
aproximada, calculando la velocidad media de la sección transversal de escurrimiento
en el conducto empleando la fórmula de Manning. Estas velocidades obtenidas por
este método suelen ser algo mayores que las reales debido a que la altura normal,
supuesta al aplicar la fórmula de Manning, rara vez se alcanza en la corta longitud de
la mayoría de las alcantarillas.

15. 15
V =
Q
A
=
1
n
∙ RH
2/3
∙ S1/2
(5.4)
Velocidad en alcantarillas que fluyen con control de salida.- En el caso de una
alcantarilla con control de salida, la velocidad media en la salida de la alcantarilla será
igual al caudal de descarga, dividido por el área de la sección transversal de la
corriente en dicho lugar.
V =
Q
A
Esta área de escurrimiento puede ser la correspondiente a la profundidad crítica (dc),
o la correspondiente al nivel de la superficie libre en la salida (Tw). El que de mayor
Área será la que se utilizara para hallar la velocidad.
*Si la velocidad calculada es mayor a la velocidad máximas admisible, se debe
considerar la construcción de disipadores de energía.
Tipo de terreno Flujo permanente
(m/s)
Flujo intermitente
(m/s)
Arena Fina (no coloidal) 0,75 0,75
Arcilla arenosa (no coloidal) 0,75 0,75
Arcilla limosa (no coloidal) 0,9 0,9
Arcilla fina 1 1
Ceniza volcánica 1,2 1
Grava fina 1,5 1,2
Arcilla dura (coloidal) 1,8 1,4
Material graduado (no coloidal):
Desde arcilla a grava 2 1,5
Desde limo a grava 2,1 1,7
Grava 2,3 1,8
Grava gruesa 2,4 2
Desde grava a piedras (bajo 15
cm)
2,7 2,1
Desde grava a piedras (sobre 20
cm.)
3 2,4
TABLA 5.6 Velocidades Máximas Admisibles (M/S) En Canales No Revestidos
Fuente: Manual de Carreteras de California
5.2.3. Flujo Con Control De Entrada
En el flujo con control de entrada el tirante crítico se forma en las
proximidades de la sección de entrada a la alcantarilla, quedando hacia

16. 16
aguas arriba de dicha sección un remanso en flujo subcrítico, y aguas abajo,
un flujo supercrítico. De modo que lo que ocurre desde la sección hacia aguas
arriba, tiene influencia en el nivel a la entrada de la alcantarilla, pero no tiene
ninguna influencia lo que ocurre aguas debajo de dicha sección. Por eso, las
variables que intervienen en este tipo de flujo son:
Tipo y dimensiones de la sección transversal. Ej: circular con diám=2m.
Geometría de la embocadura. Ej: Con alas a 30° con respecto al eje.
Nivel de agua a la entrada. Se utiliza la altura He.
Si bien no es sencillo predefinir cuando un flujo tendrá control de entrada, los
casos más típicos son aquellos en los cuales:
La entrada está descubierta y la pendiente es supercrítica ( Figura 5.8),
pudiendo o no
fluir llena la sección en parte del conducto.

17. 17
Cálculos para flujo con control de entrada
El procedimiento de cálculo es muy sencillo para este tipo de flujo, y puede
plantearse en los siguientes pasos:
Se adopta un caudal de diseño.
Se propone un tipo de alcantarilla (forma y dimensiones).
Se elige un tipo de entrada.
Se calcula el nivel que debe formarse a la entrada “He” necesario para permitir el
paso del caudal de diseño. Si ese nivel no supera la altura máxima admisible para el
agua a la entrada de la alcantarilla de acuerdo a los condicionantes de diseño
planteados en el problema en cuestión, se continúa en el paso 5, de lo contrario, se
vuelve al paso 2.
Se observa que el nivel “He” no sea demasiado pequeño, es decir, que el
alcantarillado se haya sobredimensionado, pues esto ocasionaría costos excesivos e
innecesarios. Se adopta la alcantarilla propuesta como una de las posibles soluciones
del problema.
En las Figuras 5.20 a la Figura 5.60se identifican los ábacos y las ecuaciones que se
deben usar en cada caso, dependiendo de la forma de la sección y de la disposición
de los elementos a la entrada de la obra, es decir muros frontales, alas, tipo de aristas
y forma como empieza el conducto. En la misma Figura se definen las situaciones que

18. 18
pueden darse a la entrada y se definen los ángulos de los muros frontales y de los
muros de ala.
El Federal Highway Administration (FHWA) ha generado mediante modelos de
regresión, expresiones polinómicas de quinto grado que entregan la carga hidráulica a
la entrada directamente. Estas ecuaciones entregan resultados equivalentes a los
obtenidos mediante los gráficos y son válidas para cargas comprendidas entre la
mitad y tres veces la altura de la alcantarilla. Las expresiones son del tipo siguiente:
He = [a + b ∙ z ∙ F + c ∙ (z ∙ F)2
+ d ∙ (z ∙ F)3
+ e ∙ (z ∙ F)4
+ f ∙ (z ∙ F)5
− 0.5 ∙ i] ∙ D (5.5)
Dónde:
He = Carga a la entrada (m)
a...f = Coeficientes de regresión
F = Q/D5/2 en alcantarillas circulares, o bien Q/(BD3/2) en alcantarillas de cajón
Q = Caudal (m3/s)
D = Altura de la alcantarilla (m); diámetro en el caso de los tubos
b = Ancho de la alcantarilla (m)
i = Pendiente longitudinal (m/m)
z = 1,81130889 (factor de conversión para unidades métricas)
NOTA: se recomienda utilizar las figuras 5.20 – 5.60 para calcular He ya que la ec
5.5 es bastante compleja y requiere de ciertos datos adicionales.
5.2.4. Flujo Con Control De Salida
El escurrimiento en alcantarillas con control de salida puede presentarse con conducto
lleno o parcialmente lleno, ya sea en una zona o en toda la longitud de la alcantarilla.
Si cualquier sección transversal escurre llena, se dice que el escurrimiento es a
sección llena. En la Figura 5.11y Figura 5.12muestra el flujo de una alcantarilla con
condiciones de escurrimiento con control de salida Sumergida y No Sumergida
respectivamente para varias alturas.
Los procedimientos de cálculo son diferentes si la salida es sumergida o no y por lo
tanto se analizarán los distintos casos separadamente.Las variables que intervienen
en este tipo de flujo son las mismas que intervienen en el control de entrada más
las que corresponden al tramo entre esta sección y la sección salida:
Tipo y dimensiones de la sección transversal. Ej: circular con diám=2m.
Geometría de la embocadura. Ej: Con alas a 30° con respecto al eje.
Nivel de agua a la entrada. Se utiliza la altura He.

19. 19
Nivel de agua a la salida.
Pendiente del conducto.
Rugosidad del conducto.
Largo del conducto.
En el caso de flujo con control de salida comienzan a intervenir en el
cálculo las características del flujo en la alcantarilla y a la salida de la misma.
Desde el punto de vista del cálculo conviene identificar distintos tipos de
escurrimiento en alcantarillas con control de salida.Para el cálculo se presenta
cuatro tipos de flujo con control de salida:
Sección llena con nivel aguas abajo por encima del dintel de la sección de
salida.
Sección llena con nivel aguas abajo por debajo del dintel de la sección de
salida.
Sección parcialmente llena en un tramo del conducto.
Sección parcialmente llena en todo el conducto.
Cálculos para flujo con control de salida
Si planteamos la ecuación de energía entre la entrada y la salida de la alcantarilla,
resulta una ecuación general del tipo:
He = H + ho − L ∙ S0 (5.6)

20. 20
He = Profundidad de agua en la entrada (m).
H = Energía empleada en la obtención de energía de velocidad a la salida, mas la
perdida por fricción y pérdidas a la entrada (hv+hf+he).
ho = Profundidad de agua en la salida. Es el mayor entre:
dc+D
2
ó Tw (Altura de agua a la salida de la alcantarilla)
L =Longitud de la alcantarilla (m).
So = Pendiente de la alcantarilla (m/m).
Procedimiento de cálculo para Salida Sumergida (Caso A)
En este caso la carga (H), o energía necesaria para hacer circular un gasto dado por
la alcantarilla, se emplea en vencer las pérdidas de entrada, pérdidas por frotamiento,
evaluadas con la ecuación de Manning, y altura de velocidad en la salida.
H = hv + hf + he (5.7)
Dónde:
hV =
V2
2g
(5.8)
he = kc ∙
V2
2g
(5.9)
hf =
2g∙n2∙L
R4/3
∙
V2
2g
(5.10)
El valor de H se calcula, entonces según la ecuación:
H = (1 + ke +
2∙g∙n2∙L
R4/3
) ∙
v2
2g
(5.11)
Dónde:

21. 21
Ke = Coeficiente de pérdida de carga en la entrada (Tabla 5.6)
n = Coeficiente de Rugosidad de Manning(Tabla 5.7)
L = Longitud de la alcantarilla en metros.
R = Radio Hidráulico en metros (Razón entre área y perímetro mojado)
V = Velocidad Media en la Alcantarilla en m/s.
La carga (H) es la diferencia entre la línea de energía en la sección de entrada y la
cota piezométrica en la sección de salida. Sin embargo, en general, debido a que la
velocidad en el remanso es pequeña se supone que la línea de energía es coincidente
con el nivel de aguas a la entrada, lo que implica que los niveles calculados pueden
ser algo mayores que los reales.
La tabla 5.6 entrega coeficientes de perdida de carga en la entrada para lo distintos
tipos de entrada que escurren llenas o parcialmente llenas con control de salida,
coeficiente a ser multiplicado por la altura de velocidad.

22. 22
Procedimiento de cálculo para Salida no sumergida (casos B, C y D)
Si el nivel de la corriente inmediatamente aguas abajo de la salida se encuentra por
debajo del dintel de la alcantarilla. La condición de salida sumergida no existe y la
determinación del nivel de aguas a la entrada se realiza en forma diferente. La
mayoría de los cauces naturales suelen ser relativamente anchos comparados con la
alcantarilla, y la profundidad de agua en el cauce puede ser menor que la profundidad
crítica de la alcantarilla, por lo cual el nivel de la corriente aguas abajo no influye en la
capacidad o en el nivel de remanso en la entrada. Los casos en que se produce esta
situación corresponden a los presentados en la Figura 5.12, letras B, C y D.

23. 23
Para el cálculo de la alcantarilla en los tres casos nos basamos en la ecuación (5.6)
para su resolución. De la misa, sólo conocemos el término L∙So.
Para la estimación de (ho), que representa el nivel de agua a la salida, se adopta el
mayor entre:
a) Tw, que es el nivel de agua a la salida cuando es conocido, y
b) El promedio entre dc (profundidad crítica) y D (Diámetro de la alcantarilla).Que
representa la altura de la línea piezométrica aproximada, mencionada anteriormente.
dc + D
2
Dónde:
dc= Es la profundidad crítica para el caudal de diseño. Se proponen tablas para
estimar este valor (Figura 5.13 hasta laFigura 5.19).
D = Es el diámetro o altura de la alcantarilla.
** Para una sección rectangular o cuadrada La altura crítica para un gasto Q (m3/seg),
está dada por
dc = 0.467 × (
Q
B
)
2/3
, siendo (B) el ancho de la obra en metros.
Para la estimación de (H), se utilizan los nomogramas de las Figura 5.24 hasta Figura
5.60 (Estas figuras se encuentran en la adscripción de la materia).Al igual que se hizo
en flujo con control de entrada, vamos a suponer que se desea conocer cuál es el
nivel que tendrá el agua a la entrada de mi alcantarilla, si coloco una alcantarilla de
ciertas dimensiones, de cierto material, con cierta pendiente, con ciertas
características de entrada y para un caudal de diseño dado. Notar que en este caso
interesa el material de la alcantarilla porque nos define la rugosidad (n), también
influye la pendiente, y su condición de nivel aguas abajo.
El procedimiento de cálculo es el siguiente:
Se traza una recta que une las dimensiones de la sección transversal de la alcantarilla
con la longitud de la misma, definiendo un punto en la recta de paso. Notar que hay
dos (o más) curvas de longitud, de las que debe elegirse la que corresponde a las
condiciones de embocadura que corresponda a nuestro diseño en particular.
Se une el caudal de diseño, con ese punto recién definido en la recta de paso,
cortando la recta de H.
Ese valor de H obtenido, junto con ho y con L.So, para obtener el valor de He
buscado. Se compara este valor de He obtenido con el obtenido en el cálculo con
control de entrada y se elige el mayor.

24. 24
6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
El diseño de una alcantarilla es muy importante para dar paso al agua que escurre
superficialmente y no dañe la carretera. Además del diseño geométrico y el diseño de
la carpeta asfáltica también es muy importante el diseño de drenaje en una carretera
para que esta sea duradera y preste buen servicio.

25. 25
7. ANEXOS
ALCANTARILLA – SECCIÓN DE ENTRADA
ALCANTARILLA

26. 26
ALCANTARILLA – SECCIÓN DE SALIDA
ALCANTARILLA RECTANGULAR PREFABRICADO

27. 27
COLOCADO DE ALCANTARILLA
INTERIOR DE ALCANTARILLA