Calculadora de alcantarillas

Calculadora

Ayuda de dimensionamiento preliminar. Los resultados siguen las fórmulas publicadas que se citan más abajo y están pensados para estimaciones, estudio y diseño preliminar. El proyecto definitivo debe verificarlo un ingeniero cualificado conforme a la normativa vigente donde se ejecute la obra.

Beneficios principales

• ✓Calcula la capacidad y la velocidad a sección llena a partir del diámetro, la pendiente y la rugosidad
• ✓Despeja el diámetro necesario de forma directa, sin tanteos
• ✓Da la proporción de capacidad utilizada, que es la comprobación práctica de proyecto
• ✓Avisa tanto del límite de autolimpieza como del de socavación a la salida
• ✓Deja dicho de forma explícita que también hay que comprobar el control de entrada
• ✓Enlaces compartibles y exportación a CSV para el expediente de proyecto

¿Qué es una alcantarilla?

Una alcantarilla —obra de drenaje transversal en la terminología de carreteras— conduce un cauce o un caudal de drenaje por debajo de un terraplén, una carretera o una vía férrea. Hidráulicamente es un tubo corto que puede funcionar parcialmente lleno como canal, lleno como tubería o en un punto intermedio según el caudal y el calado a la entrada. Esta calculadora trata la condición de sección llena, en la que se aplica la ecuación de Manning con un radio hidráulico de exactamente D/4: la geometría de una sección circular llena hace que eso sea exacto y no aproximado.

Control de entrada y control de salida

La capacidad de una alcantarilla la gobierna el más restrictivo de dos mecanismos. Con control de salida, el propio conducto limita el caudal por rozamiento a lo largo de su longitud, que es el caso que se calcula aquí. Con control de entrada, la embocadura se comporta como un orificio y el conducto nunca llega a llenarse; esto manda en pendientes fuertes y con embocaduras mal resueltas. Hay que comprobar los dos y proyectar con el menor, porque la alcantarilla solo puede desaguar lo que permita el mecanismo más restrictivo.

Por qué la capacidad escala con D^(8/3)

La ecuación de Manning da V proporcional a R^(2/3) y, en un tubo lleno, R = D/4, así que V va con D^(2/3). El área va con D², y su producto da Q proporcional a D^(8/3). Ese exponente tiene una consecuencia práctica: pasar de 450 mm a 600 mm, un tercio más de diámetro, multiplica la capacidad por 2,15. Cuando una alcantarilla se queda corta, el siguiente diámetro normalizado suele resolverlo del todo.

Fórmula

Capacidad a sección llena de una alcantarilla circular por la ecuación de Manning

Cómo usar esta calculadora

1. Introduce el diámetro interiorLos tubos de hormigón se designan por diámetro interior nominal, pero los productos de chapa ondulada y los revestidos no. Como la capacidad depende de D^(8/3), un error del 5 % en el diámetro útil se convierte en un error del 13 % en capacidad.
2. Usa la pendiente del conducto, no la del terrenoLa pendiente que cuenta es el desnivel de la solera de la alcantarilla entre la entrada y la salida, dividido por su longitud. A menudo es más suave que la del cauce al que sustituye, y esa es una de las razones de que las alcantarillas se aterren.
3. Ajusta la rugosidad al producto realEl hormigón está en 0,013, el plástico de pared lisa en torno a 0,010 y la chapa ondulada de acero cerca de 0,024, casi el doble que el hormigón y, por tanto, casi la mitad de capacidad para el mismo diámetro. No uses un valor de hormigón para un producto de chapa ondulada.
4. Apunta a no pasar de un 80 % de la capacidadUna alcantarilla que va a su capacidad teórica no tiene margen para obstrucciones, sedimentación o un aguacero por encima del de proyecto. Lo que más veces hace desbordar una alcantarilla es la obstrucción, no la falta de capacidad. Los límites concretos de este margen los fija cada administración de carreteras en su normativa.
5. Comprueba también el control de entradaEste cálculo es de control de salida, donde manda el conducto. En pendientes fuertes o con una embocadura de arista viva manda en cambio la entrada, y el conducto nunca se llena. Hay que comprobar los dos casos y proyectar con la capacidad menor.

Ejemplos resueltos

Sensibilidad al diámetro

La capacidad sube con la potencia ocho tercios del diámetro, así que la curva se empina con fuerza: por eso subir un solo diámetro normalizado resuelve tantas veces una alcantarilla que se ha quedado corta. La velocidad trepa mucho más despacio, con la potencia dos tercios. El marcador señala tu diámetro actual.

Cómo interpretar el resultado

La proporción de capacidad utilizada es el resultado práctico. Una alcantarilla en su límite teórico no es un proyecto viable, porque ese límite supone un conducto limpio y exactamente el aguacero de proyecto.

Errores comunes que evitar

Aplicaciones prácticas

• ▸Dimensionar alcantarillas bajo carreteras, caminos y terraplenes
• ▸Comprobar la capacidad de una alcantarilla existente frente a un caudal de proyecto revisado
• ▸Comparar materiales de tubo por su rugosidad y la capacidad resultante
• ▸Valorar el efecto hidráulico de una pendiente más suave
• ▸Detectar riesgo de socavación a la salida y de sedimentación
• ▸Estimar el diámetro necesario antes del proyecto de detalle

Casos de uso por sector

Drenaje de carreteras

Las alcantarillas bajo calzada se dimensionan para un periodo de retorno de proyecto con un episodio de comprobación por encima, y el calado a la entrada se limita para proteger el terraplén. La mayoría de las normativas de carreteras incluye una previsión explícita de obstrucción, porque lo que suele provocar el fallo son los flotantes y no la capacidad.

Accesos agrícolas

Las alcantarillas de acceso a parcelas se colocan con frecuencia con la pendiente que permitan las cotas de las cunetas existentes, que suele ser muy escasa. La capacidad cae entonces con la raíz cuadrada de la pendiente, y la medida compensatoria es un diámetro mayor y no una excavación más profunda.

Cruces de cauces

Las alcantarillas sobre cauces con peces tienen una restricción añadida: la velocidad debe quedarse lo bastante baja para permitir el paso, y la solera se suele colocar por debajo del lecho para que dentro se forme sustrato natural. Ambos requisitos empujan hacia conductos mayores y más tendidos de lo que pediría la hidráulica sola.

Consejos prácticos

• 💡La capacidad va con D^(8/3): subir un tamaño suele ser el arreglo más barato.
• 💡La capacidad va solo con √S, así que la pendiente es una palanca débil.
• 💡El radio hidráulico de un tubo circular lleno es exactamente D/4.
• 💡Proyecta al 80 % de la capacidad, no al 100 %: el riesgo real es la obstrucción.
• 💡La chapa ondulada de acero con n = 0,024 transporta en torno al 55 % de lo que da el hormigón.
• 💡Comprueba la velocidad de salida: la socavación descalza más alcantarillas que el infradimensionado.

Ventajas y limitaciones

Diámetros normalizados frente a un caudal de proyecto de 0,5 m³/s

Alcantarilla de hormigón con 1 de cada 100, n = 0,013, transportando un caudal de proyecto de 0,5 m³/s. Cada salto de tamaño añade capacidad mucho más deprisa de lo que añade diámetro.

Calculadoras relacionadas

Preguntas frecuentes

Glosario

Alcantarilla

Conducto cerrado que lleva un cauce o un caudal de drenaje por debajo de un terraplén.

Control de salida

Situación en la que el rozamiento del conducto limita la capacidad y la alcantarilla va a sección llena.

Control de entrada

Situación en la que la embocadura limita la capacidad y el conducto no llega a llenarse.

Capacidad a sección llena

Caudal que transporta un conducto cuando va lleno con control de salida.

Calado a la entrada

Altura de agua en la entrada de la alcantarilla, limitada normalmente a un múltiplo del diámetro.

Radio hidráulico

Área de flujo dividida por el perímetro mojado; exactamente D/4 en un tubo circular lleno.

Embocadura mejorada

Entrada biselada o abocinada que eleva la capacidad con control de entrada a bajo coste.

Socavación a la salida

Erosión del cauce receptor por el chorro de alta velocidad que sale de una alcantarilla.

Velocidad de autolimpieza

Velocidad mínima, en torno a 0,75 m/s, que evita que se acumulen sedimentos.

Entrada en carga

Situación en la que el caudal supera la capacidad y se acumula altura de agua en la entrada.

Referencias científicas y normativas

1. FHWA HDS-5: Hydraulic Design of Highway Culverts, 3.ª edición — Federal Highway Administration
2. CIRIA C689: Culvert, Screen and Outfall Manual — Construction Industry Research and Information Association
3. Design Manual for Roads and Bridges, CD 526: Spacing of road gullies and culvert design — National Highways
4. Chow, V. T., Open-Channel Hydraulics, capítulo 5: Uniform Flow Formulas — McGraw-Hill
5. The SuDS Manual C753, capítulo sobre diseño de la conducción — Construction Industry Research and Information Association

Conclusión

La capacidad de una alcantarilla con control de salida sigue una sola ley potencial, y son sus exponentes los que hacen evidentes las decisiones de proyecto. El diámetro entra con exponente ocho tercios, así que pasar de 450 mm a 600 mm multiplica la capacidad por 2,15: subir un solo tamaño normalizado resuelve casi siempre una alcantarilla que se ha quedado corta. La pendiente entra solo como raíz cuadrada, de modo que perder cinco veces el desnivel cuesta un factor de 2,24 en capacidad pero basta con un 35 % más de diámetro para recuperarla. Cuando las cotas van justas, esa asimetría dice que hay que comprar diámetro en vez de perseguir pendiente. Hay dos cosas que este cálculo no ve y que deciden tantas alcantarillas como la hidráulica. El control de entrada manda en pendientes fuertes y con embocaduras de arista viva, y el proyecto debe quedarse con la menor de las dos capacidades. Y lo que más veces hace desbordar una alcantarilla es la obstrucción y no el caudal, que es la razón de que el objetivo al que merece la pena proyectar sea el 80 % de la capacidad y no el 100 %.