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Culverts — Proper Use and Installation Wisconsin Transportation Bulletin • No. 15

epdfiles.engr.wisc.edu/pdf_web_files/tic/bulletins/Bltn_015_Culverts.pdf

Alcantarillas – Adecuados Uso e Instalación Traducción: Francisco Justo Sierra – Ingeniero Civil UBA - [email protected]

Las alcantarillas se usan para transferir agua desde un lado al otro de la carretera, para igua-lar los estanques y pantanos en ambos lados de un camino, y para permitir el paso de gana-do, fauna silvestre o vehículos por debajo del camino. Generalmente, la instalación de alcantarillas es muy simple y la mayoría de los reemplazos son sin complicaciones. Desafortunadamente, la instalación de alcantarillas en un camino local a veces es vista como un proyecto rápido, de un día. Un día puede ser bastante para poner la alcan-tarilla en su lugar, pero sólo si ya se completó la revisión del diseño, se aseguraron los permi-sos y el correcto equipo, y se tienen los mate-riales en el lugar. Es esencial comenzar planificando bien antes de la fecha de instalación. Pueden requerirse permisos ambientales, y no se puede decir cuáles proyectos los requerirán con sólo mirar el lugar. Puede ser necesaria una revisión de ingeniería para asegurar la buena operación y evitar imprevistos impactos corriente arriba o abajo. Además, es necesario dar tiempo para revisar las líneas de servicios públicos existentes en el derecho-de-vía. Conocimiento, planificación y cronograma son las claves reales de un trabajo exitoso. Este boletín trata las condiciones para revisar la selección y dimensionamiento de alcantari-llas, consideraciones críticas de diseño para la instalación, métodos de instalación, intereses ambientales y permisos requeridos, y factores de mantenimiento importantes. Planificación y permisos Los proyectos de alcantarillas en caminos loca-les de Wisconsin pueden afectar la calidad del agua, navegación, pantanos, inundaciones, riego y drenaje de cultivos, erosión, pesca, otros organismos acuáticos, anidamiento de pájaros, poner en peligro el hábitat de espe-cies, y la belleza escénica natural.

Algunos de estos impactos potenciales pueden no ser obvios. Por ejemplo, algunas zonas secas durante la mayor parte del año pueden ser en realidad pantanos o corrientes de navegación intermi-tente protegidas por la ley.

En cualquier proyecto es importante el control adecuado de la erosión producida por el agua de lluvia; quienes perturben más de un acre (0.4 ha) de suelo serán requeridos a elaborar con anticipación un plan de control de erosión y obtener un permiso de construcción. Algunos condados requieren permisos para incluso áreas menores. También puede jugar un papel la zonificación de costas y planicies de inundación. Uno es responsable de preparar los planos requeridos y conseguir los permisos adecua-dos, antes de comenzar cualquier instalación de alcantarilla. Sin embargo, la mayoría de los organismos oficiales tratan de facilitar la obtención de los permisos necesarios.


Actualmente se dispone de planos para contro-lar la erosión, normas técnicas y aceptables productos. Selección del tipo de alcantarilla Aunque las alcantarillas se hacen de una varie-dad de materiales, los más comunes son hor-migón, hormigón armado, y tubos de metal co-rrugado (CMP). Las alcantarillas metálicas pueden ser de acero galvanizado o aluminio, y pueden revestirse con asfalto, aluminio, o polímeros para resistir la corrosión. Se dispone de tubos de plástico para alcantari-llas de diámetros pequeños para caminos de más bajo volumen (TMDA 4500 o menos). La selección de un tipo de alcantarilla com-prende la revisión de varios factores. Costo de material e instalación, características especiales del lugar, facilidad de instalación, y las necesidades de peces u otros organismos acuáticos son los más significativos. A menudo, la preferencia local y consideracio-nes ambientales dictan qué tipo elegir. Los precios de los tubos de hormigón y metáli-cos corrugados son altamente competitivos. Donde la situación permite su uso, los costos de los tubos plásticos pueden ser más bajos. El tubo de hormigón puede tener una ventaja de precio debido a los menores costos de transporte, si la obra está dentro de los 80 a 120 km desde el lugar de fabricación. La alcantarilla de hormigón requiere más mano de obra para la instalación, que una de metal corrugado, porque sus secciones son más cor-tas. También requiere un equipo más pesado y por ello difícil de manejar. Para obtener el mejor precio, diseñe una insta-lación para ambos tipos de alcantarillas y solici-te presupuesto para las dos opciones. Otros temas que afectan la selección de un tubo son la corrosión y el pasaje de peces. La corrosión es un asunto de interés en zonas con un bajo pH, o donde el drenaje se origina en cenagales, pantanos o granjas. Para estos lugares, elija hormigón, aluminio, plástico o acero revestido, a menos que el tubo galvanizado haya dado previamente un acep-table servicio, por los menos durante 20 años. En la mayoría de las situaciones de pasaje de peces, las alcantarillas de metal corrugado son preferidas sobre las de fondo suave, en condi-ciones de agua poco profunda.

La superficie corrugada lentifica la velocidad del agua y la hace más amistosa para los pe-ces. Las alcantarillas de tubos también vienen en una variedad de formas, tales como circular, elíptica, y arco. Aunque la circular es la más común, puede ser necesario usar otras formas, o múltiples tubos más pequeños, cuando la altura del camino es una restricción. La selección de una forma de alcantarilla se basa en la profundidad del agua, altura del te-rraplén del camino, comportamiento hidráulico, e intereses relativos a los peces y vida salvaje. Generalmente es preferible una alcantarilla grande. Es menos probable de atascarse por hielo, ba-sura o actividad de los castores, y acomoda mejor el pasaje de peces en los arroyos. Donde la separación vertical es plana, pueden usarse tubos múltiples. Donde la alcantarilla conduce un arroyo, un tubo simple grande o uno de múltiples conduc-tos debiera enterrarse entre 0.15 a 0.30 m en el lecho, y alinearse con el canal del arroyo tanto como sea posible. Esto permite a los peces y otros organismos acuáticos pasar a través durante los períodos de flujo bajo. Las alcantarillas de fondo abierto se prefieren donde importa la migración de los peces y otra vida silvestre, porque se preserva el sustrato natural y no de perturba el cauce. Las estructuras sin fondo son 30 a 50 % más costosas que un tubo redondo u ovalado. Las formas comunes incluyen arco semicircu-lar, arco elíptico, y alcantarillas cajón de hormi-gón. Estos tipos de estructuras deben ser soporta-dos por bases, y durante la instalación suele requerirse la construcción de un desvío de cau-ce o arreglo similar. En ciertas corrientes de alto valor, los puentes son la opción preferida. Características especiales del lugar Tenga cuidado al seleccionar el tipo de tubo para una instalación particular. Revise el flujo alto y bajo, condición del suelo, y posibilidad de fragmentación de la corriente. Haciendo concordar el ancho de la alcantarilla con el ancho lleno de la corriente se minimiza-rán los impactos de la erosión.


Dado que el tubo de hormigón es relativamente suave comparado con el metal corrugado, tiene buenas características hidráulicas y permite que por un dado tamaño escurra más agua que por un tubo corrugado. Además, el tubo de hormigón resiste mejor la corrosión debida a ácidos en suelos pantano-sos, aunque en condiciones extremas también puede ser afectado. El tubo plástico con un suave interior también tiene caudales más altos, y resiste la corrosión. Es buena idea verificar el pH del lugar, si se sospecha que puede haber problemas de co-rrosión. La corrosión debida a sal del camino puede ser un problema, particularmente al envejecer los tubos. El recubrimiento protector de los tubos de ace-ro se erosiona, permitiendo que la sal dañe la base metálica y el tubo metálico se deteriore o desarrolle fisuras que permitan a la sal atacar el refuerzo de acero. Sin embargo, en casi todos los casos, el tubo sobrevivirá al camino bajo el cual está instala-do.

Esta alcantarilla biselada está emplazada lo suficientemente baja como para minimizar afectar el canal aguas arriba, permitirá a los peces pasar, debido a la buena profundidad y baja velocidad, tiene tamaño adecuado para pasar los flujos de inundación, y buen control de erosión (taludes laterales 1:2, rip-rap, vegetación). Cronograma instalación alcantarilla Una instalación de alcantarilla debe considerar varios temas de tiempo: períodos de flujo alto de agua, control de erosión, impactos de la

corriente, y estación de anidamiento para mi-gración de los pájaros. Evite las estaciones de agua alta para minimi-zar los problemas de instalación. Para controlar la erosión en suelos perturbados en el lugar de instalación, generalmente es mejor completar los trabajos antes de media-dos de marzo. Esto da tiempo para que la siembra germine y estabilice los suelos. Pueden usarse esteras de erosión pero se au-mentan los costos. El permiso dará un período de tiempo para que la instalación minimice el impacto sobre los peces y otros organismos acuáticos en la co-rriente específica. Similares precauciones deben adoptarse con los anidamientos de pájaros. Diseño Una alcantarilla de tubos adecuadamente dise-ñada, instalada y mantenida proveerá un com-portamiento satisfactorio por muchos años. Sin embargo, la desatención de cualquiera de estas condiciones puede resultar en un fracaso. La necesidad de remplazar una alcantarilla puede deberse a una variedad de factores: • Inadecuada capacidad hidráulica del conducto • Falla estructural por exceso de carga de suelo •Lavado por desborde del camino • Erosión de salida por pobre tratamiento • Juntas inadecuadas y bombeo a lo largo del exterior del tubo • Erosión por excesivo transporte de sedimen-tos de arena y grava • Corrosión por ácidos y sales • Inadecuados muros extremos, embanques • Pobre instalación y/o encauce Selección del diámetro de la alcantarilla En caminos locales, a menudo la selección del tamaño de la alcantarilla se basa en la expe-riencia o en reglas prácticas. Usualmente esto resulta en el reemplazo de una alcantarilla vieja por una nueva del mismo tamaño. El tamaño viejo puede ser adecuado, pero an-tes de suponer esto, examine completamente su historia durante períodos de alto flujo, tales como durante derretimiento de nieve o ocasio-nales lluvias intensas, como también durante el flujo bajo, para protección de peces u otros organismos acuáticos.


Observe y averigüe el comportamiento de al-cantarillas o puentes aguas arriba y abajo del mismo curso de agua. También considere si hubo cambios recientes en el uso del suelo o desarrollo, o son proba-bles en el futuro próximo, como para que influ-yan en el derrame superficial. Revise cualesquiera registros para determinar su hubo inundaciones corriente arriba de esta alcantarilla, o si el agua sobrepasó el camino. Considere si estas condiciones pueden atribuir-se a capacidad insuficiente de la alcantarilla actual. Alguna evidencia reveladora de flujos pasados son: depósitos de pasto y basura en los alambrados, marcas de agua-alta en los muros de cabecera y postes de servicios públi-cos, y erosión de suelo y depósitos en zonas alejadas de la línea normal de flujo o corriente. Las conversaciones con los vecinos también son útiles. Luego, revise la condición corriente abajo. Busque señales de erosión o inundación que indiquen problemas con la alcantarilla existen-te. Si la inmediata alcantarilla corriente abajo sirvió adecuadamente, entonces probablemen-te el reemplazo de la alcantarilla no tiene que dimensionarse más grande. Una liberación más rápida del derrame corrien-te arriba puede causar inundación en las alcan-tarillas corriente abajo, si ellas son muy peque-ñas. A menudo, esta situación se encuentra cuando por desarrollos residenciales, comercia-les, institucionales o industriales se reemplazan alcantarillas existentes.

La erosión, una señal de capacidad inade-cuada, socavó el extremo de esta alcantari-lla de tubo. Si de la revisión de la historia de la alcantarilla no resulta claramente aparente qué tamaño de alcantarilla instalar, debería buscar ayuda de un proyectista. Las fuentes habituales de ayuda incluyen ingenieros consultores, y personal de los organismos viales oficiales de la zona. El tamaño y la forma determinan la capacidad de una alcantarilla para manejar el agua. Para calcular la capacidad requerida, determine los caudales medios y caudales altos. Considere factores locales, tales como regis-tros históricos de lluvias, superficie y pendiente de la cuenca de drenaje hasta la alcantarilla, y el tipo de superficie (pasto, bosque, pavimento) en la cuenca. La capacidad de una alcantarilla esté directa-mente relacionada con la superficie de su aber-tura. Usualmente, las aberturas circulares son las más eficientes. Pequeños incrementos de diámetro pueden incrementar significativamente la capacidad de la alcantarilla. Una alcantarilla que estará parcialmente ente-rrada en un cauce tendrá menos capacidad porque su diámetro efectivo es más pequeño. El diámetro mínimo de alcantarilla recomenda-do bajo caminos públicos es de 0.6 m, excepto donde esté limitado por condiciones tales como tapada disponible o limitaciones de las zanjas. Las alcantarillas de menos de 0.6 m pueden tener problemas de mantenimiento y limpieza. En corrientes permanentes, seleccione un diá-metro de alcantarilla que haga juego con el ancho medio de la corriente. Mida los anchos de corriente en el tope de las barrancas para representar su tamaño durante el agua de altura normal, o condiciones de ba-rranca llena. Es necesario especial cuidado al instalar alcan-tarillas más grandes sobre arroyos con flujo estacional bajo. Se recomienda una profundidad mínima de agua de 15 cm durante los períodos secos de flujo-bajo. A veces, pueden ser necesarias alcantarillas múltiples. En tan caso, tenga en cuenta que es más probable se acumulen entre las entradas los sólidos arrastrados por el agua, lo cual pue-de causar inundación y erosión.

Antes de decidir instalar una nueva alcantari-lla más grande que la vieja, tenga en cuenta que el mayor flujo puede causar problemas

corriente abajo.


A menudo, una alcantarilla se emplaza más baja para mantener un mínimo de profundidad de agua durante los períodos de flujo-bajo. El espaciamiento entre alcantarillas múltiples debe ser suficientemente ancho como para permitir una buena compactación. Una regla práctica para alcantarillas circulares es un espaciamiento de medio diámetro, pero con 0.3 m mínimo y 0.9 máximo; el espacia-miento para un tubo-arco debiera ser un tercio de la luz. Longitud, pendiente y alineamiento Su diseño necesita especificar la longitud, pen-diente y alineamiento de la alcantarilla. Estos elementos se relacionan dado que una alcantarilla perpendicular al camino es más corta que una enviajada. Longitud. Determinar la longitud de la alcanta-rilla puede no ser tan simple como suena. No trate de usar un enfoque simple tal como “si el camino es de 7.3 m de ancho, ponemos un tubo de 9 m.” Cada camino es diferente. Para empezar este proceso, hay que determinar la altura de la su-perficie del camino sobre el cauce de la corrien-

te o fondo de cuneta. Luego es necesario de-terminar cuál será el talud del camino una vez instalada la alcantarilla. Es deseable un talud 1:3 o más tendido para seguridad de los vehí-culos. Ciertamente, 1:2 es el talud más empinado práctico. En caminos donde el tránsito sea denso, o de movimiento veloz, los taludes debieran ser más tendidos para cuando un vehículo errante lo transite. Vea la Figura 1 para el cálculo de la longitud (J) de la alcantarilla. A pesar de lo simple de este cálculo, a menudo se lo omite en la fase de diseño. La razón para extender la alcantarilla para que abarque las banquinas es simplemente por seguridad. Si el extremo del tubo no se extendiera abar-cando la banquina, a menudo la fuerza del agua erosionará el extremo del tubo y puede cortar la plataforma, creando una condición peligrosa y posibilidad de accidentes. Se crea una condición que requiere frecuente inspección y reparación después de cada lluvia intensa.

La longitud J de la alcantari-lla iguala la longitud hori-zontal de los dos taludes, más el ancho de plataforma. Si el talud es de 3 m a cada lado y la plataforma de 13 m, la longitud de la alcanta-rilla será de 19 m.

Figura 1: Tenga en cuenta los taludes al calcular la longitud de la alcantarilla. Pendiente El diseño de la alcantarilla debe especificar la pendiente del tubo. El objetivo es hacer coincidir la pendiente de la alcantarilla con la línea de flujo de las cunetas linderas o corrientes. Una pendiente errónea, o con extremo muy alto o muy bajo, puede causar inundación, frega-miento y erosión. Inspeccione cuidadosamente el lugar, y use las técnicas básicas de relevamiento para determi-nar qué cota debiera tener, y luego esté seguro de que la alcantarilla se emplace correctamen-te. ¡No determine las cotas a ojo! En muchos tra-bajos, un nivel de mano será suficiente para tomar las medidas necesarias.

Comience registrando la cota existente en la entrada y salida del tubo actualmente en su lugar, o registre la cota de la cuneta o cauce de corriente en las nuevas instalaciones. Aunque un tubo de reemplazo generalmente se ubica a la misma cota que el original, puede haber razones para subir o bajar el nuevo tubo, tales como corregir un problema de erosión o mejorar las condiciones del pasaje de peces. Si la alcantarilla es larga, puede necesitar una pendiente mayor para mantener el agua en movimiento por ella. En corrientes “normales” de flujo permanente, registre las cotas por lo menos 30 m a cada lado de la alcantarilla.


Ubique la parte más profunda del cauce, luego ubique la alcantarilla entre 15 y 30 cm por de-bajo de esa profundidad y haga coincidir la pendiente con la del arroyo. Esto permitirá se forme un canal dentro del tubo con una aceptable velocidad de agua para el pasaje de los peces. Un cauce “normal” tiene una pendiente de 0.5 % o menos, sustrato de materiales fijos (tal como arena-arcilla), y un curso serpenteante. El agua en una corriente con una pendiente mínima podría parecer quieta, sin ondas super-ficiales. Las corrientes que no cumplen estos criterios probablemente necesitarán un análisis de inge-niería para determinar la correcta instalación de la alcantarilla. Alineamiento Un problema común de las al-cantarillas es que el agua restriega fuera de las barrancas de la corriente y terraplén, alrededor de los extremos del tubo. Una causa es la turbulencia creada por el agua que cambia de dirección al entrar, y cambia de nuevo de dirección al salir, para volver a su curso normal. Un buen diseño de alcantarilla esviajará el con-ducto a través del cauce para alinearla más cerca al curso de agua (Figura 2).

Esto incrementará el costo, al requerir una al-cantarilla más larga, pero ayudará a evitar futu-ros cortes y restregamientos. También evita la creación de barreras para el pasaje de peces y otros organismos acuáticos. Tratamiento de los extremos Es importante cómo se tratan los extremos de una alcantarilla. Deben diseñarse para impedir inadecuados flujos que pueden resultar en inundación, ero-sión excesiva, y restregamiento de los extre-mos. En pequeñas alcantarillas es común prolongar la alcantarilla más allá de la plataforma; esto se llama proyección del tubo. En tanto que esto es de bajo costo, puede no ser eficiente en manejar el agua, y el extremo puede ser un peligro para la seguridad. Una opción es el corte a bisel del extremo para que concuerde con el talud lateral. Los extremos biselados pueden tener 10 % más de capacidad y es menos probable que resulten atascados por hielo, basura o por las obras de castores.

IZQ. Las proyecciones de los extremos son un peligro. CEN. Los extremos biselados tienen mayor capacidad hidráulica, pero menor capa-cidad estructural. DER. Los extremos acampa-nados mejoran el flujo.

Figura 2: La instalación en línea con el cau-ce ayuda a reducir la turbulencia en la en-trada y en la salida. Los extremos acampanados en la embocadura de una alcantarilla mejoran el flujo al guiarlo a entrar en la alcantarilla, minimizando la turbu-lencia. Los extremos acampanados en la salida distri-buyen el flujo sobre una abertura más amplia, reduciendo la velocidad de la descarga, lo cual ayuda a impedir el restregamiento. Este tratamiento extremo puede construirse de hormigón o piezas prefabricadas de hormigón o metal corrugado.


Asegúrese de que la profundidad del agua es adecuada para el pasaje de peces. El tratamiento extremo de alcantarillas múltiples requiere especial atención. Las condiciones de flujo alto tenderán a erosionar el suelo entre las alcantarillas de instalaciones múltiples. Asegúrese de proteger los extremos con rip-rap u hormigón. Un tratamiento para cauce y barrancas es usar geotextiles sobrepuestos con rip-rap. El geotextil se ubica sobre el terreno y se ex-tiende afuera del tubo de la alcantarilla por lo menos 3 m. Esto elimina el restregamiento en la zona inmediata del extremo de la alcantarilla. El rip-rap reduce la velocidad. Cuando se haya completado la instalación de la alcantarilla, asegúrese de instalar postes mar-cadores, para referencia de los equipos de mantenimiento y alertar a los motoristas. Instalación Una consideración crítica al diseñar una insta-lación es si la alcantarilla es un tubo rígido o flexible. El tubo de hormigón es rígido; el tubo metálico (CMP) es flexible y el tubo plástico (HDPE) es flexible. Comprender las características de estos dos tipos de alcantarillas y cómo resisten las cargas es importante porque requieren diferentes re-llenos y asientos. También es importante determinar si el suelo en el lugar es apto para una adecuada funda-ción del nuevo tubo. A veces, esto es difícil de determinar antes de la excavación. Tenga una buena fuente de material granular fácilmente disponible en caso que tenga que cambiar suelo pobre. Otro ítem clave en la planificación es excavar una superficie bastante grande de modo que se pueda trabajar a lo largo de los costados del nuevo tubo y compactar adecuadamente, ya sea a mano o con equipo. Instalar alcantarillas en condiciones secas es menos costoso, y es más fácil de obtener una buena compactación del suelo. Para condición seca y corrientes de flujos intermitentes es deseable programar los reemplazos de alcantarillas durante las condi-ciones secas. Las corrientes permanentes re-querirán desvíos o bombeo. Mantenga adecuado flujo corriente abajo con por lo menos 25 %, pero preferiblemente todo el volumen de flujo. Los fabricantes han desarrollado tablas y gráfi-cos simplificados para ayudar a los usuarios a

seleccionar la alcantarilla de resistencia ade-cuada. La Figura 3 es una tabla típica para se-leccionar tubos de acero corrugado. La instalación es de primaria importancia cuan-do se completa la construcción, rehabilitación o reemplazo. Si las alcantarillas se instalan tem-prano en la construcción y se permite el paso de equipo pesado sobre ellas, ubique un almo-hadón de 0.9 m sobre el tope de la alcantarilla para minimizar el impacto de la carga viva. Instalación de un tubo flexible El tubo flexible depende de su flexibilidad para acomodar las cargas ubicadas en el tope de él – tanto la carga viva (vehículos) como la carga muerta (suelos y pavimento). Al aplicar cargas en el tope, el tubo flexiona, transfiriendo la carga al suelo junto a él. Sin embargo, debe limitar el grado de flexibili-dad a 5-7 % para evitar una excesiva deforma-ción del tubo y la falla de las juntas. El suelo compactado debajo y a los costados del tubo es esencial para soportarlo y retenerlo, ayudando a transferir la carga. La adecuada compactación del suelo, especialmente bajo las ancas de la alcantarilla (sus curvas más bajas), es la clave para resistir una flexión excesiva.

Figura 3. Los fabricantes y comerciantes de alcantarillas proveen gráficos para ayudar a seleccionar el adecuado tamaño del tubo. Los factores importantes son el tamaño de la corrugación, el diámetro del tubo y el es-pesor del metal.


El paso siguiente es emplazar el tubo y alinear-lo adecuadamente. Si se usa más de una sec-ción de tubo de acero, asegúrese de que la banda de conexión de instale apretadamente y sobre el centro de la junta. Nunca comience un relleno sin que el tubo esté en la posición correcta, y toda su longitud des-canse firmemente sobre la fundación. Nunca ubique un tubo de metal corrugado so-bre pilotes o un asiento de hormigón. Debiera instalarse sobre una cama de buen suelo com-pactado de 10-15 cm de espesor para proveer un soporte uniforme y adecuado. El tubo de hormigón puede instalarse sobre pilotes. Instalación de un tubo rígido En un tubo rígido el asiento es de extrema im-portancia. Distinto del tubo flexible, el rígido no puede flexionar y transmitir parte de la carga impuesta sobre él desde arriba. Es especialmente importante conformar el sue-lo u otro material bajo el tubo para soportar su fondo. También es importante compactar el suelo completamente bajo sus ancas. Como lo demuestra la Figura 4, el tubo puede soportar cargas más grandes cuando se mejora el asiento. Tender la alcantarilla de hormigón en una cama de hormigón (Clase A) provee el soporte más fuerte. Hasta 10 m de terraplén con un peso específico medio de 2.1 t/m3 puede cargarse sobre tal emplazamiento. El asiento menos fuerte es un Clase D, en el cual simplemente la alcantarilla se ubica sobre una zanja de fondo plano sin ninguna preparación especial. La cama Clase D permite menos de 2 m de terraplén de mismo peso. Si usa tubo de hormigón, asegúrese de que las juntas estén apretadas. Se está volviendo una práctica estándar envolver cada junta con tejido de filtración que no permite la migración de los suelos finos dentro del tubo. En instalaciones de diámetro más grande, tam-bién es prudente ordenar tubos que puedan atarse de modo que las secciones no se sepa-ren. Distinto del tubo flexible, el rígido no transmite ninguna carga impuesta sobre el por el prisma de suelo directamente encima. Sin embargo, con adecuados métodos de compactación y condiciones de zanjeo controlado, el prisma directamente encima del tubo puede ser lite-ralmente levantado por los suelos adyacentes, aliviando así parte de esta carga muerta.

Compactación La capacidad de cualquier alcantarilla para so-portar cargas depende del relleno adecuado, especialmente en la superficie bajo las ancas (tercio inferior). El suelo que rodea la alcantarilla le provee so-porte crítico. Para máxima resistencia e impedir el lavado y asentamiento, el relleno debe ubi-carse y compactarse, adecuada y cuidadosa-mente. El proceso es más eficiente en condiciones de zanja seca. El manual de instalación de la Asociación Na-cional de Tubos de Acero Corrugado nos dice: “¡La compactación deficiente causa más pro-blemas a las instalaciones de tubos –flexibles y rígidos- que todos los otros factores combina-dos!” En el relleno hay dos cosas importantes a con-siderar: • compactar uniformemente y bien -

particularmente bajo el anca del tubo- es-pesores no mayores de 15 cm por vez.

• el material de relleno debe estar libre de rocas mayores de 8 cm de diámetro. El ma-terial debe volcarse cuidadosa y uniforme-mente a lo largo de ambos costados del tu-bo. Evite volcar grandes cantidades de una vez contra o sobre el tubo.

Figura 4. El asiento es extremadamente im-portante para tubos rígidos. El de hormigón, Clase A, permite a la alcantarilla de hormi-gón soportar tres veces más carga que el de suelo sin preparar, Clase D.


Figura 5. Instalar relleno apisonado debajo de las ancas de los tubos de cualquier for-ma y tipo ayuda a soportar las cargas del suelo y del tránsito. El material apisonado también debiera tener bastante humedad para una buena compacta-ción, pero no demasiada como para que se vuelva inestable. Esto puede ser difícil de lo-grar, pero produce excelentes resultados. Du-rante la instalación observe el tiempo, particu-larmente la probabilidad de intensa lluvia. El apisonado manual es adecuado, y a menudo el mejor método para compactar y sellar el re-lleno contra la mitad inferior del tubo. Si usa compactador mecánico, trabaje paralelo al tu-bo, no contra él. Si usa equipo de compacta-ción grande, no compacte arriba para que el tubo no comience a levantarse o sea empujado lateralmente fuera del alineamiento. Esto es particularmente importante para arcos de tubos flexibles. Continúe rellenando en capas uniformes hasta terminar la instalación. Es mejor tener por lo menos 0.6 m de relleno sobre un tubo, aun en caminos rurales de bajo volumen. El problema más común con las operaciones de relleno es que los obreros que vuelcan el material trabajan muy rápido y no dejan com-pactar adecuadamente el primer material, antes de echar más en la zanja. Para impedir esto, instruye a los equipos de relleno esperar hasta que una capa esté adecuadamente compacta-da antes de agregar otra. Métodos de instalación alternativos Jacking, boring and tunneling are other methods of culvert installation which are not commonly used. These untrenched construction methods are special-ties, and most road agencies will hire private con-tractors. Many communities are turning to these methods as alternatives to street cuts, to avoid dis-rupting traffic and to eliminate settling of pavement patches. Supervising traffic engineers should keep track of local contractors’ and utilities’ abilities to do untrenched construction since it demands special skills. Jacking is one of the most popular untrenched methods for installing pipes in rock-free, compressi-ble soils. A casing or corrosion-resistant carrier must

be used. A pilot shoe is installed on the pipe. Force is then applied to the other end of the pipe using steady thrust, hammering or vibrating. Care must be exercised as the casing may wander far from the desired line and grade, depending on the resistance of the soils. Boring is a popular alternative, especially for street cuts. Line and grade are easy to control. Large pipes can be jacked through oversize bores which are carved progressively ahead of the pipe. The spoil is mucked back through the pipe. The auger shouldn’t be more than one inch larger than the outside di-ameter of the following pipe. Good practice dictates using grout backfill. Tunneling is also now being used as an alternative. This method uses a drill bit followed by the pipe culvert, eliminating the need for a casing. Control de erosión En los EUA, los proyectos que perturban más de 0.4 ha de suelo tienen que planear un con-trol de erosión y conseguir permiso administra-tivo. La estabilización del suelo es importante desde el mismo comienzo del proyecto, sea requerida o no, para evitar problemas de mantenimiento y protección de corrientes. Complete su instalación rápidamente, y espe-cialmente evite dejar suelos expuestos durante el invierno. El derretimiento de la nieve y las intensas lluvias de primavera pueden erosionar fácilmente el suelo desprotegido. La instalación de adecuados controles de erosión y sedimen-tación en suelos perturbados antes de terminar los trabajos en el lugar puede reducir costos a largo plazo. A menudo, impedir la erosión mediante la vege-tación del lugar es más fácil que tratar de con-trolar el movimiento del suelo.

La adecuada compactación es esencial para emplazar alcantarillas. A menudo, el apiso-namiento a mano es lo mejor.


Controle la erosión durante y después de la construcción. Consideraciones ambientales y permisos Culvert projects on Wisconsin local roads may have significant environmental effects, some of which may not be obvious. That is why state law requires municipalities to notify Wisconsin DNR before they do any construction near lakes, wetlands, and navigable streams. A stream is considered navigable if “it has a discerni-ble bed and banks and is capable of floating a recreational craft of the shallowest draft on an annual recurring basis.” The District DNR Transportation Liaison (DNR TL) will help you determine whether a project site in-volves a navigable stream or wetland, and will ad-vise you about other permits that may be needed. Your county zoning administrator can tell you whet-her the area is part of a mapped floodplain. Contact the DNR TL well before the planned start of any culvert project. Late fall (November–December) is an optimum time to notify them about next year’s culvert and road projects. Early contact can save time and expense and avoid potentially costly mistakes. Proceso de aprobación Trans 207 Trans 207 is a Wisconsin administrative rule that applies to all bridges, arches, and culverts con-structed in or over navigable streams by counties, towns, cities and villages, where the construction is under the control of the municipality. The Departments of Transportation and Natural Resources jointly developed the rule in 1981. The basic effect of Trans 207 is to replace formal permit procedures with a less formal cooperative approach between the Department of Natural Re-sources and municipalities. Under Trans 207, the county, town, village or city construction authority notifies DNR TL of the in-tended construction or reconstruction. This can be done by either submitting a conceptual plan for the

proposed project, or by obtaining a “waiver” through early coordination with the DNR liaison, indicating the planned activities will have no adverse effect. In some situations early coordination will not resolve all difficulties and detailed conceptual plans will still be required. Also, some projects may impact wetlands, lakes or private property and may require permits under other sections of state law, such as Chapter 30, or may require review and approval by the U.S. Army Corps of Engineers. The DNR TL should be able to advise you about other required permits. “Reemplazos menores” de alcantarillas There is a simplified process for projects that are considered “minor replacements” under Trans 207. This is a simple replacement of an existing structure that meets ALL of the following conditions: • An equivalent or larger-sized, manufactured struc-ture at the same location. • The existing structure has a cross-sectional area no greater than 50 square feet. • The existing road grade line will not be raised in the area adjacent to the culvert so that overflow sections remain to permit flood waters to pass over the road. • Water conveyance of the new structure will be at least as effective as the existing structure. • The structure will be manufactured elsewhere; that is, concrete structures will not be poured on site. For a minor replacement, submit a map with the site location, a description of the existing and proposed structures, and proposed changes in flow elevations. For all other projects, Trans 207.05(2) requires a more detailed conceptual plan. The following section lists the required elements. DNR can waive the requirement for a conceptual plan if early coordination clearly indicates that the activity will have no adverse effect.

Las esteras-contra-erosión y la roca contro-lan efectivamente la erosión.


Requerimientos para un proyecto de alcan-tarilla nueva o más grande If the proposed structure is new, or will reduce exist-ing navigational clearance, public notice is required. New structures must conform to existing floodplain zoning ordinances. If a river is used by boaters, a minimum of 5’ of navigational clearance may be required. Construction erosion and sedimentation must be adequately controlled. If the project disturbs more than one acre of land, then a Notice of Intent to ob-tain stormwater permit coverage will be needed. The DNR Transportation Liaison will help coordinate with appropriate DNR stormwater staff. Erosion control guidance is provided in the WisDOT’s Standard Specifications for Road and Bridge Construction and the Wisconsin DNR Storm Water Construction Technical Standards. Plans for erosion control should be submitted to DNR before construction. Additional activities such as stream relocations, wet-land fills not directly associated with placing the structure, dredging beyond that necessary to place new structure elements, and disturbance not associ-ated with a public roadway may require permits and are not automatically covered under the exemptions of Trans 207. If the existing structure contains asbestos material, contact the DNR Air Management Specialist. Otras responsabilidades ambientales Wetlands Some stream bottoms qualify as wetland, if they have aquatic vegetation. Wetland impacts must be avoided or minimized. Fish and aquatic organisms The culvert should be set so that the stream is not fragmented and fish and other aquatic organisms can migrate upstream and downstream during low-flow conditions. This re-quires that the inside bottom of the culvert be at least 6” (10%-20% of culvert diameter) below the final stream bed. In addition, the structure should be rocked on both the upstream and downstream mar-gins, as well as the downstream face in the water. The desired end-result is that during high-flow condi-tions, the currents don’t cause a large pool to de-velop downstream of the edge of the structure, which creates an impassable barrier to aquatic or-ganisms during low flows in the fall. Spawning periods To avoid spawning periods, do in-stream work between June 15 and September 15 on warm water streams, and between April 15 and September 15 on coldwater/trout streams. However, to be safe, consult the DNR TL about your particular stream. Birds Swallows or other migratory birds often nest on the existing structure. Destruction of swallows and other migratory birds, or their nests, is unlawful under the U.S. Migratory Bird Treaty Act, unless a permit is ob-tained from the U.S. Fish & Wildlife Service (USFWS). Therefore, the project should either use

measures to prevent nesting (such as removing unoccupied nests during the non-nesting season and installing barrier netting before May 15), or should occur only between August 20 and May 15 (non-nesting season). If neither of these options is possible, then the USFWS must be contacted to apply for a depredation permit. Floodplain zoning If the structure is in a mapped floodplain, the plans must comply with the provisions of the local community’s floodplain zoning ordi-nance. “Appropriate legal arrangements” must be com-pleted with affected landowners if the new culvert will cause the backwater to increase 0.01 foot or more. Contact the county zoning administrator for information on mapped floodplain locations. Endangered resources/critical habitat. These are handled on a case-by-case basis. Dewatering If dewatering is required, the dirty water removed should be pumped into a stilling basin. Water must be clean before it is allowed to enter the stream. Waste piles/soil borrow areas Must provide ero-sion control on these areas. Mantenimiento Cualquier sistema de drenaje está condenado a fallar si no se lo mantiene adecuadamente. Estas fallas pueden variar desde erosiones de las barrancas o fondo del arroyo hasta grandes fallas como el lavado del camino y daños a la propiedad adyacente. Las grandes alcantarillas deberían inspeccionarse cada dos años. El mantenimiento debe incluir inspecciones perió-dicas para ver que: • El interior del tubo está libre de obstrucciones. • Los extremos están libres de escombros y de obras de castores. • Los suelos del terraplén no están erosiona-dos. • Los muros de cabecera o rip-rap están en su lugar, y la socavación no lavó el suelo debajo y alrededor de la alcantarilla, creando un extremo inclinado o elevado. Diámetro 10%

Figure 6. Instale la alcantarilla por lo menos 15 cm o 10%-20% de su diámetro (lo que resulte mayor) debajo de la cama final del cauce, para que los peces y otros organis-mos acuáticos puedan nadar contra la co-rriente en condiciones de flujo bajo.


• No haya desalineamientos o fallas de juntas del tubo. • Los materiales de la alcantarilla no estén co-rroídos o deteriorados. • No haya fisuras o asentamientos de la super-ficie sobre la alcantarilla. El desalineamiento o falla de junta pueden mostrar puntos flojos en terraplenes relativa-mente bajos, y bombeo, o movimiento de agua fuera del tubo, en el exterior del extremo de descarga del tubo. Quite las grandes ramas, malezas, y cuales-quiera otros materiales desde el extremo co-rriente arriba de la alcantarilla. Esto es para impedir la reducción del flujo. Repare los extremos y corrija los problemas de erosión. Be prepared to contact DNR for appropriate permits should the cleanout project expand beyond the bounds of the culvert opening. Any stream dredging associated with cleaning a culvert may require per-mits from DNR under Chapter 30, Wisconsin Stat-utes. Contact your local DNR Transportation Liaison for a determination. Resumen Generalmente, las instalaciones de alcantarillas son muy simples y directas. Sin embargo, este hecho induce a errores. Aun ingenieros responsables pueden hacer instalaciones rápidas sin observar las conside-raciones del diseño original para el dimensio-namiento y diseño del conducto, o para cam-bios recientes que hacen obsoleto el diseño viejo. Estas fallas humanas pueden resultar en serios problemas de inundación, daños a la propie-dad, y fallas del camino. Así, vale la pena que todas las partes respon-sables comprendan las consideraciones impor-tantes del diseño, instalación y mantenimiento de un sistema de drenaje de alcantarillas de tubos. Comience a planificar temprano – mayo-junio para las siguientes estaciones de construcción – para asegurar que pueda coordinar con el organismo vial y los servicios públicos a lo lar-go del camino.

Referencias Compaction Improves Pavement Performance, Wisconsin Transportation Bulletin No. 11, T.I.C. Concrete Pipe Design Manual, American Concrete Pipe Association, 222 W. Las Colinas Blvd., Suite 641, Irving, TX 75039-5423. Phone (972) 506-7216 Disponible online at: www.concrete-pipe.org/designmanual.htm Facilities Development Manual, Chapter 10, Wis-consin Department of Transportation, Madison, WI. Fish Friendly Culverts: Proper design, installa-tion, and maintenance can protect both road-ways and fish, UW-Extension. Contact John Haack, St. Croix Basin Natural Resources Educator, 715/635-7406, [email protected] Handbook of PVC Pipe Design and Construction, 2001, Uni-Bell PVC Pipe Association, 2655 Villa Creek Drive, Suite 155, Dallas, Texas 75234. www.uni-bell.org/pubs Hydraulic Design of Highway Culverts, HDS No. 5, Federal Highway Administration. www.FHWA.DOT.gov/bridge/hyd.htm Installation Manual for Corrugated Steel Drain-age Structures, American Iron and Steel Institute, 13140 Coit Rd., Suite 320, LB 120, Dallas, TX 75240-6737. www.ncspa.org/publications.htm Place Culverts Correctly the First Time, Special Bulletin #43, South Dakota Local Transportation Assistance Program, South Dakota State University, Box 2220, Harding Hall, Brookings, SD 57007-0199. Phone: 605/688-4185, 800/422-0129. Product Acceptability Lists (PAL), WisDOT. Las PALs listan productos de control de erosion aproba-dos por nombre y fabricante. Se actualiza cada 4 meses. Disponible en: www.dot.wisconsin.gov/business/engrserv/pal.htm

Fisuras y asentamiento en el asfalto indican fallas en una alcantarilla.


El cieno que rellena esta alcantarilla corta drásticamente la capacidad de flujo. Bulletin No. 15 revised September 2004 © Copyright Wisconsin Transportation Information Center. Wisconsin Transportation Bulletin is a series of fact sheets providing information to local town, mu-nicipal and county officials on street and highway design, construction, maintenance, and manage-ment. These fact sheets are produced and distributed by the Wisconsin Transportation Information Center, a project of the University of Wisconsin- Madison, Department of Engineering Professional Develop-ment, funded as a Local Technical Assistance Cen-ter by the Federal Highway Administration, Wiscon-sin Department of Transportation, and UW-Extension. UW-Madison provides equal opportunities in em-ployment and programming, including Title IX re-quirements. Copies are available free while supplies last from the Transportation Information Center, 432 North Lake Street, Madison, WI 53706. Phone: 800/442-4615; e-mail: [email protected]; URL: http://tic.engr.wisc.edu Wisconsin Transportation Bulletins #1 Understanding and Using Asphalt #2 How Vehicle Loads Affect Pavement Perform-ance #3 LCC—Life Cycle Cost Analysis #4 Road Drainage #5 Gravel Roads #6 Using Salt and Sand for Winter Road Mainte-nance #7 Signing for Local Roads #8 Using Weight Limits to Protect Local Roads #9 Pavement Markings #10 Seal Coating and Other Asphalt Surface Treat-ments #11 Compaction Improves Pavement Performance #12 Roadway Safety and Guardrail #13 Dust Control on Unpaved Roads

#14 Mailbox Safety #15 Culverts—Proper Use and Installation #16 Geotextiles in Road Construction / Maintenance and Erosion Control #17 Managing Utility Cuts #18 Roadway Management and Tort Liability in Wisconsin #19 The Basics of a Good Road #20 Using Recovered Materials in Highway Con-struction #21 Setting Speed Limits on Local Roads Transportation Information Center Publications Roadway and Roadside Drainage, No. 98-5, Cor-nell Local Roads Program, 416 Riley-Robb Hall, Ithaca, NY 14853-5701, TEL: 607/255-8033, www.clrp.cornell.edu/ Standard Specifications for Road and Bridge Construction, Wisconsin DOT 2003. Storm Water Construction Technical Standards, Wisconsin DNR, 2004. Standards for storm water erosion control methods that specify the minimum requirements needed to plan, design, install, and maintain a wide array of conservation practices. Available online at www.dnr.state.wi.us/org/water/wm/nps/stormwater/techstds.htm#Post Sources of assistance Consider contacting the following for local assis-tance with placing culverts in streams: County Highway Department County Land Conservation Department County Zoning Department Wisconsin DNR Transportation Liaison. First point of contact for projects affecting wetlands and navigable streams as well as advice on other required envi-ronmental permits and contacts. Call your District DNR office for the Liaison respon-sible for your area. A map and current listing is available online at: www.dnr.state.wi.us/org/es/science/DOT_liaison_list.pdf Pavement Surface Evaluation and Rating (PASER) Asphalt PASER Manual, 2002, 28 pp. Brick and Block PASER Manual, 2001, 8 pp. Concrete PASER Manual, 2002, 28 pp. Gravel PASER Manual, 2002, 20 pp. Sealcoat PASER Manual, 2000, 16 pp. Unimproved Roads PASER Manual, 2001, 12 pp. Drainage Manual Local Road Assessment and Improvement, 2000, 16 pp. SAFER Manual Safety Evaluation for Roadways, 1996, 40 pp. Flagger’s Handbook (pocket-sized guide), 1998, 22 pp. Work Zone Safety Guidelines for Construction, Maintenance, and Utility Operations, (pocket-sized guide), 2003, 58 pp.