CRITERIOS PARA EL DISEO DE BADENES
DEFINICIN:
Un badn, bordo o tope es una variacin brusca del firme
pavimentado, en forma de distintos elementos que se instalan en la
va pblica para inducir a los conductores o choferes a moderar la
velocidad de su vehculo.
ELEMENTOS DEL BADN
El badn es una obra de drenaje que se adecua a las
caractersticas geomtricas del cauce y tiene por objetivo facilitar
el trnsito estable de los vehculos y consta de los siguientes
elementos:
Plataforma o Capa de Rodadura Muro de Pie Muros de Cabezal Muro
de Confinamiento
Plataforma o Capa de Rodadura. Es la parte fundamental del badn.
En sentido longitudinal, la losa es el segmento de una
circunferencia y en sentido transversal es inclinada con una
pendiente del orden del 2% hacia aguas abajo.
Muro de Pie. Muro localizado en la parte de aguas abajo de la
plataforma, constituye la fundacin del badn y se construye a todo
lo largo de este.
Muros de Cabezal. Son una prolongacin del Muro de Pie en ambos
extremos de este, formando un vertedero con el objetivo de ampliar
la capacidad de descarga sobre el badn, y adems; proteger las
laderas contra la socavacin.
Muro de Confinamiento. Se denomina as al muro localizado en el
borde de la plataforma en el sector de aguas arriba, elemento que
tiene por objetivo la proteccin del badn.
TIPOS DE BADENES
De acuerdo a las caractersticas y condiciones de los curso de
agua, se puede diferenciar los siguientes tipos de badenes:
Baden simple Baden mixto Baden reforzado Baden combinado
Baden simpleEs el tipo de badn que consta de todos los
elementos, es decir; capa de rodadura, muro de pie, muros de
cabezal y muro de confinamiento, sin ninguna obra adicional.Baden
mixtoSe da el nombre de mixto al badn simple que, adems incluye una
alcantarilla o paso de agua por debajo de la plataforma. Este tipo
de badn se disea para cursos de agua permanente, haciendo que los
caudales hasta un determinado periodo de retorno se evacuen por los
tubos u orificios previstos, mientras que los caudales de crecidas
con un periodo de retorno mayor; pasan por el badn propiamente
dicho.Baden macizoLa singularidad de este tipo de badn es que su
plataforma es de gran espesor. Estos badenes se disean para cursos
de ros o quebradas con caudales de magnitud y con arrastre de
material grueso.Baden combinadoSe denomina as a aquellos badenes
que se construyen junto a otra estructura, por ejemplo un canal de
riego paralelo a la plataforma como parte constitutiva de la
estructura.
DATOS BSICOS PARA EL DISEO
Las investigaciones necesarias se centran en tres aspectos
fundamentales:
Topografa del cauce Geotecnia del sitio Estimacin de caudales
mximos
La topografa consiste en la planimetra del sector, un perfil
transversal y uno longitudinal; levantamiento este que deber cubrir
un rea comprendida como mnimo entre 100 metros aguas arriba y 100
metros aguas abajo del eje del camino y un ancho, a partir de ambas
mrgenes; que permita un conocimiento detallado del sector.
El estudio geotcnico se deber centrar en las caractersticas del
terreno de fundacin y de las mrgenes del rio o quebrada.
La estimacin de caudales mximos deber incluir un anlisis de los
materiales de arrastre y la morfologa del cauce. Ilustracin del rea
que debe cubrir el levantamiento topogrfico
Periodo de retorno:La seleccin del caudal de diseo para el cual
debe proyectarse un elemento del drenaje superficial est
relacionada con la probabilidad o riesgo que ese caudal sea
excedido durante el periodo para el cual se disea la
carretera.Riesgo de excedencia (%) Durante la vida til para
diversos periodos de retorno.
Periodos de Retorno para diseo de obras de drenaje en carreteras
de bajo volumen de transito
Daos en el elemento de drenaje superficial:Se podr considerar
que la corriente no producir daos importantes por erosin de la
superficie del cauce o conducto si su velocidad media no excede de
los lmites fijados en la cuadro en funcin de la naturaleza de dicha
superficie:Velocidad Mxima del agua.
COLOCAR COMO SE CALCULA EL CAUDA (METODO RACIONAL, VER MANUAL
PARA EL DISEO DE CARRETERAS PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRNSITO
, Clculos hidrolgicos e hidrulicos PAG 56 )
Para el diseo de badenes se recomienda lo siguiente: Usar una
estructura o una losa suficientemente larga para proteger el
permetro mojado del cauce natural del curso de agua. Agregar
proteccin por arriba del nivel esperado de aguas mximas. Mantener
un borde libre, tpicamente de entre 0.3 y 0.5 metros, entre la
parte superior de la superficie reforzada de rodadura (losa) y el
nivel de aguas mximas esperado.
Proteger toda la estructura con pantallas impermeables,
enrocamiento, gaviones, losas de concreto, u otro tipo de proteccin
contra la socavacin.
Construir las cimentaciones sobre material resistente a la
socavacin (roca sana o enrocado) o por debajo de la profundidad
esperada de socavacin. Evitar la socavacin de la cimentacin o del
cauce mediante el uso de empedrado pesado colocado localmente,
jaulas de gaviones o refuerzo de concreto.
DIMENSIONAMIENTO DEL BADN
Para establecer las dimensiones de los elementos del badn, se
deber fijar el caudal de diseo (se recomienda un caudal de diseo
con un periodo de retorno de T = 50 aos).Con el caudal de proyecto
se define la longitud de la cuerda y la altura del cabezal, para lo
cual se elabora una curva h = f (L) usando la frmula de vertedero
de pared gruesa.En esta etapa se deber analizar las variantes
posibles, a partir de aspectos topogrficos y/o geomtricos; y la
comparacin de estas, permitir seleccionar el tamao del badn ms
econmico que cumpla con los requisitos tcnicos.
Diseo de la plataforma
Para la geometra de la plataforma se tomara como datos de
partida la altura y longitud definidos, considerando estos como
flecha y cuerda del segmento de circunferencia respectivamente; con
lo cual se podr calcular el radio; el cual no ser menor a 80
metros.
R = f + af = flechaa = L / 2L = Cuerda
El ancho de la plataforma es funcin del ancho de la va (4, 6 u 8
metros) y el espesor se debe determinar en funcin de las cargas y
de la calidad del terreno de fundacin (en la prctica se recomienda
un espesor no menor a 20 cm).
Diseo del Muro de Pie
Su altura depende del terreno de fundacin y del caudal de la
crecida de diseo, para lo cual se analizara la socavacin que
produce el salto del agua.En este sentido se deber estudiar el
perfil del cauce, considerando la pendiente, la potencialidad
erosiva y la altura mxima de socavacin.El clculo de la altura de
socavacin puede ser realizado mediante la frmula experimental de
Veronece:
d = 1.9 h 0.225 q 0.54
d = Profundidad de socavacin en metrosh = diferencia de niveles
de agua en metrosq =Q/Lv - Caudal por metro de vertedero en
[m3/seg]/mQ = caudal de diseo en m3/segLv = Longitud del
vertedero
Para disminuir la altura del muro de pie se puede disponer un
voladizo que aleje el chorro de la base del muro de pie y disminuya
la influencia de la socavacin.Se recomienda la implementacin del
voladizo para badenes mixtos o cuando el suelo de fundacin es
susceptible a una profundidad de socavacin de gran magnitud y el
arrastre del material no sea grueso.Para un suelo de fundacin
clasificado como roca blanda, la longitud del voladizo puede ser de
0.50m., para aluvin deber tener un mnimo de 1.00m.
Muros de Cabezal
La altura de los muros de cabezal sobre la plataforma est
determinada por el caudal y la longitud del vertedero formada por
estos muros.De la frmula del vertedero de pared gruesa:
Q = 1.71 LvY 3/2
Obtenemos el tirante normal, a la entrada del badn:
Y = [Q/(1.71 Lv)]2/3
El rea hidrulica a la salida del badn: A = Ratan [0.5Lv / (R-f)]
- Lv[0.5(R-f) - (Y - f)]
La velocidad del caudal a la salida del badn:
V = Q / A
Finalmente, la altura del cabezal sobre el badn ser:
Hc = 0.67Y +V/ 2g + 0.10 m
Se recomienda una altura mxima de 1.00 m, su longitud se
determina en funcin a la pendiente y al tipo de terreno de las
mrgenes. Eventualmente, la altura de los muros de cabezal sobre la
plataforma puede ser sobrepasada y el rebalse puede producir un
salto en las mrgenes del rio o quebrada, por lo que se recomienda
disponer de medidas de proteccin, como ser; empedrado u otras que
disminuyan la socavacin de las mrgenes.
Muro de confinamiento
Sus dimensiones dependen del caudal y del tipo de arrastre del
rio o quebrada.Generalmente sus dimensiones son reducidas,
cubriendo todo el espesor de la plataforma ms 20-30 cm.
Aspectos constructivos
La plataforma puede conformarse mediante una carpeta de hormign
simple sobre empedrado, sobre el cual se vaca la losa de hormign.
Esta losa debe contar con juntas de dilatacin en sentido
transversal del badn cada 2..3 metros.El material utilizado para la
plataforma es generalmente hormign simple con una resistencia
cilndrica mnima de 180 kg/cm2 a los 28 das.El espesor mnimo de la
capa de rodadura es de 20 cm.Para el curado se recomienda colocar
una capa de arena de aproximadamente 10 cm. de espesor, la cual
deber ser humedecida durante los 15 das posteriores al vaciado.En
badenes reforzados, la capa de rodadura de gran espesor se logra
construyendo bloques de hormign ciclpeo (concreto) los que debern
ser de 2..3 metros; coincidiendo esta separacin con las juntas de
dilatacin.Las superficies de piedra embebida en el hormign, se
adoptan para badenes en cauces con arrastre de sedimentos gruesos
de gran dimensin (piedras y/o rocas).El material para la
construccin del Muro de Pie, preferiblemente debe ser de hormign
ciclpeo; quedando a criterio del ingeniero la adopcin de otro
material, dependiendo de las condiciones del suelo de fundacin y de
las caractersticas del cauce del rio o quebrada.Para los casos en
que el suelo de fundacin es roca, se recomienda extraer una capa de
por lo menos 20 cm de espesor (superficie meteorizada), o hasta
encontrar la roca sana para garantizar un buena adhesin del Muro de
Pie a la roca.Para los Muros de Cabezal se recomienda que estos
monten sobre la losa en una longitud de 0.50 m., formando de esta
manera el vertedero para la descarga del caudal de diseo. Debido al
posible asentamiento del Muro de Pie, se puede disponer de armadura
que absorba los esfuerzos en la unin del Muro de Cabezal con el
Muro de Pie.Los Muros de Cabezal debern ser cubiertos por los
terraplenes de acceso al badn, en una longitud de aproximadamente
1.0 m., tratando de que la geometra del badn y el terrapln permitan
la comodidad de acceso de los vehculos, adems de establecer una
seccin regular para la ampliacin del rea de descarga de caudales
superiores al caudal de diseo.El voladizo deber presentar una
inclinacin del orden del 10% y en los casos de badenes de gran
longitud, se deber ejecutar con fuerte pendiente para evitar que
las ruedas de los vehculos monten, ya que el diseo no prev las
cargas de tal magnitud.Baden que colapso por errores de diseo y
fallas de construccin.
Baden en poca de avenida.