Antes de comenzar a presentar una interpretación hidráulica de las alcantarillas es necesario  aclarar que este trabajo tiene por objeto constituirse en un material práctico de diseño, y no una teoría que sustente el funcionamiento hidráulico de las alcantarillas.

El procedimiento propuesto, que toma como referencia principal los “Gráficos hidráulicos para el diseño de alcantarillas”, asume algunas hipótesis. Además, estos gráficos fueron obtenidos a partir de un conjunto de ensayos en laboratorio, y posteriormente convalidados con experimentación en el terreno. Todo esto le incorpora un componente empírico que, cuanto mucho, puede ser interpretado físicamente.

Estos gráficos fueron originalmente preparados por la Sección Hidráulica División Puentes de la Oficina de Ingeniería y Operaciones del Bureau of Public Roads de Washington–EEUU (1964) y posteriormente traducidos y adaptados a las unidades métricas por el Ing. Rühle (1966). (concepto basico de hidraulica) 

 

Se busca en la primera recta vertical del nomograma, la dimensión

Es de la alcantarilla que deseo verificar. Por ej.: 0,91m x 0,56m, para una secc. abovedada.

Se elige el caudal de diseño en la segunda recta. Por ej.: 0,60 m

 

Se traza una recta que una ambos puntos, y se prolonga hasta que intersecta la primera del trío de rectas que están a la derecha del nomograma. Luego se traza una horizontal, y se elige el valor de He / D que corresponde al tipo de entrada adoptado. 

Por ej.: para el tipo de entrada (3), es decir con el conducto sobresaliente 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.

Es importante aclarar que el valor He al que se refiere el nomograma no es exactamente el  tirante del agua en la sección de entrada, si no la suma de este más la energía de velocidad. 

 

Flujo con control de entrada 

En el flujo con control de salida el 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 suscritico, 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 más las que corresponden al tramo entre esta sección y la de salida:

•Tipo y dimensiones de la sección transversal. Ej.: circular con diám=2m.

•Geometría de la embocadura. Ej.: Con alas a 30º con respecto al eje.

•Nivel de agua a la entrada. Se utiliza la altura He.

•Nivel de agua a la salida.

•Pendiente del conducto.

•Rugosidad del conducto.

•Largo del conducto.

Al igual que en control de entrada, tampoco aquí es sencillo predefinir cuando un flujo tendrá control de salida, los casos más típicos son aquellos en los cuales:

1) La altura del agua no sumerge la entrada y la pendiente del conducto es subcrítico 

2) 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. La figura XX6 presenta cuatro tipos de flujo con control de salida:

A) Caso de sección llena con nivel aguas abajo por encima del dintel de la sección de salida.

B) Caso de sección llena con nivel aguas abajo por debajo del dintel de la sección de salida.

C) Caso de sección parcialmente llena en un tramo del conducto.

D) Caso de sección parcialmente llena en todo el conducto 

Si planteamos la ecuación de energía entre la entrada y la salida de la alcantarilla, resulta una ecuación general del tipo

Donde: 

He = nivel a la entrada 

H1= nivel a la salida

H = energía empleada en la obtención de energía de velocidad a la salida, más la perdida por fricción y pérdidas a la entrada.

L = Longitud del conducto

i = pendiente del conducto

A continuación se presenta el procedimiento de cálculo para el caso A, que prescinde del

Nomograma, y luego para los casos B, C y D, que se resuelven del mismo modo a partir de 

Los nomogramas.

Caso A 

En este caso

El coeficiente Ke(o Ce) es un coeficiente experimental que tiene en cuenta las pérdidas en la entrada a la alcantarilla. 

Se presenta una tabla con los principales valores de Ce en función del tipo de embocadura de entrada. (FARIÑAS, 2006)

Una vez que se ha determinado el valor de H, el resto de las variables de la ecuación (1) son conocidas. Así, H1 es el nivel aguas abajo que se sume conocido, el término L.i, es la longitud de la alcantarilla multiplicada por su pendiente, ambos elementos preestablecidos en el diseño de la misma.

Durante un evento de lluvia los caudales de escorrentía deben introducirse en la red de drenaje en los puntos previstos, para que el agua no circule descontrolada por la superficie de la ciudad y no implique condiciones de 

Riesgo para la circulación vehicular y peatonal 

 

Si el agua de escorrentía no entra en la red en el sitio donde se hizo la hipótesis que entrara, debido a un escaso número de imbornales o a una inadecuada capacidad de captación de los mismos, el esquema hidrológico e

Hidráulico de cálculo supuesto en una cuenca en fase de diseño queda modificado. Esto quiere decir que costosas obras de drenaje urbano diseñadas con una metodología hidrológica e hidráulica rigurosa, pueden funcionar de 

Manera inadecuada y diferente a lo previsto. Para garantizar la captación sobre calzadas y aceras normalmente se utilizan imbornales con rejillas, con buzones later Ales juntas al bordillo o combinaciones de las dos soluciones. (PÉREZ DÍAZ, 2015)

La colocación de  rejillas transversales  nos ayudara a recolectar grandes cantidades  de escorrentías superficiales (lluvias) y dirigirlas  a  las alcantarillas pluviales