Hidráulica y tuberías
Calculadora de capacidad de alcantarilla (verificación preliminar)
Las alcantarillas pueden estar limitadas por la entrada (control de entrada) o por el cañón (control de salida). Esta herramienta de verificación preliminar estima ambos casos con ecuaciones sencillas e informa el menor. El diseño final debe usar los nomogramas de FHWA HDS-5 o el software HY-8.
Fórmula
Entrada (orificio sumergido): Q = Cd × A × √(2gh), g = 32.2 ft/s², h = carga sobre el eje de la abertura. Cañón (Manning, a tubo lleno): Q = (1.49/n) × A × (D/4)^(2/3) × S^(1/2), con D en ft. El menor de los dos valores es la capacidad de verificación preliminar.
Ejemplo resuelto
Un tubo de metal corrugado de 24 in (n = 0.024) con 1% de pendiente y 3 ft de carga sobre su eje: A = 3.14 ft². Entrada: 0.6 × 3.14 × √(2 × 32.2 × 3) = 26.2 cfs. Cañón: (1.49 ÷ 0.024) × 3.14 × 0.5^(2/3) × 0.1 = 12.3 cfs. Capacidad estimada: 12.3 cfs (limitada por el cañón).
Supuestos y limitaciones
- Solo para una evaluación preliminar: las alcantarillas reales que fluyen llenas con control de salida pueden conducir más que el flujo a profundidad normal de Manning, porque la carga aguas arriba agrega altura motriz; la ecuación de energía de HDS-5 incluye las pérdidas de entrada, fricción y salida, y el nivel aguas abajo.
- La ecuación del orificio solo es válida cuando la entrada está sumergida (altura de agua aguas arriba de aproximadamente 1.2 veces el diámetro o más).
- Los cruces de caminos en el derecho de vía público deben seguir el manual de drenaje de la agencia.
- Solo para estimación. Un ingeniero profesional (PE) con licencia debe diseñar y sellar cualquier elemento estructural, de cimentación o de seguridad de vida.
Preguntas frecuentes
¿Qué es el control de entrada frente al control de salida?
Con control de entrada, la geometría de la entrada limita el flujo y el cuerpo de la alcantarilla puede conducir más. Con control de salida, la fricción del cuerpo, la longitud, la pendiente y el nivel aguas abajo limitan el flujo. El HDS-5 indica calcular ambos y usar la mayor altura de agua aguas arriba.
¿Qué tamaño de alcantarilla necesito para mi entrada de vehículos?
Muchos condados exigen al menos un tubo de 12 a 18 in para las alcantarillas de entradas de vehículos, pero el tamaño correcto depende del área de drenaje y de la tormenta de diseño. Estime el caudal pico con el método racional y luego verifique la alcantarilla, o consulte al departamento de caminos local.
¿Qué software usan los ingenieros para alcantarillas?
El programa gratuito HY-8 de la FHWA aplica los métodos de HDS-5 para control de entrada y de salida, desbordamiento de la calzada y nivel aguas abajo.