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.