Bad Enes Trabajof

13
BADENES Las estructuras tipo badén son soluciones efectivas cuando el nivel de la rasante de la carretera coincide con el nivel de fondo del cauce del curso natural que intercepta su alineamiento, porque permite dejar pasar flujo de sólidos esporádicamente que se presentan con mayor intensidad durante períodos lluviosos y donde no ha sido posible la proyección de una alcantarilla o puente. Los materiales comúnmente usados en la construcción de badenes son la piedra y el concreto, pueden construirse badenes de piedra acomodada y de concreto que forman parte de la superficie de rodadura de la carretera y también con paños de losas de concreto armado. Los badenes con superficie de rodadura de paños de concreto se recomiendan en carreteras de primer orden, sin embargo, queda a criterio del especialista el tipo de material a usar para cada caso en particular, lo cual está directamente relacionado con el tipo de material que transporta el curso natural. Se recomienda evitar la colocación de badenes sobre depósitos de suelos finos susceptibles de ser afectados por procesos de socavación y asentamientos. El diseño de badenes debe contemplar necesariamente la construcción de obras de protección contra la socavación y uñas de cimentación en la entrada y salida, así como también losas de aproximación en la entrada y salida del badén. Dependiendo del tipo de material de arrastre que transporte el curso natural donde se ubicará el badén, se pueden adoptar diseños mixtos, es decir badén – alcantarilla, que permitan evacuar flujos menores en épocas de estiaje y a su vez flujos de materiales sólidos en períodos extraordinarios, sin embargo,

description

ffr

Transcript of Bad Enes Trabajof

Page 1: Bad Enes Trabajof

BADENES

Las estructuras tipo badén son soluciones efectivas cuando el nivel de la rasante de la carretera coincide con el nivel de fondo del cauce del curso natural que intercepta su alineamiento, porque permite dejar pasar flujo de sólidos esporádicamente que se presentan con mayor intensidad durante períodos lluviosos y donde no ha sido posible la proyección de una alcantarilla o puente.

Los materiales comúnmente usados en la construcción de badenes son la piedra y el concreto,

pueden construirse badenes de piedra acomodada y de concreto que forman parte de la

superficie de rodadura de la carretera y también con paños de losas de concreto armado.

Los badenes con superficie de rodadura de paños de concreto se recomiendan en carreteras

de primer orden, sin embargo, queda a criterio del especialista el tipo de material a usar para

cada caso en particular, lo cual está directamente relacionado con el tipo de material que

transporta el curso natural.

Se recomienda evitar la colocación de badenes sobre depósitos de suelos finos susceptibles de

ser afectados por procesos de socavación y asentamientos.

El diseño de badenes debe contemplar necesariamente la construcción de obras de protección

contra la socavación y uñas de cimentación en la entrada y salida, así como también losas de

aproximación en la entrada y salida del badén.

Dependiendo del tipo de material de arrastre que transporte el curso natural donde se ubicará

el badén, se pueden adoptar diseños mixtos, es decir badén – alcantarilla, que permitan

evacuar flujos menores en épocas de estiaje y a su vez flujos de materiales sólidos en períodos

extraordinarios, sin embargo, estos diseños deben ser estudiados minuciosamente para poder

ser empleados, mediante un estudio integral de la cuenca que drenará el badén, ya que el

material transportado puede originar represamientos, poniendo en riesgo su estabilidad y

permanencia.

Tienen en corte longitudinal forma de curva cóncava para que encauce el agua.

La ventaja de las estructuras tipo badén es que los trabajos de mantenimiento y limpieza se realizan con mayor eficacia, siendo el riesgo de obstrucción muy bajo

Elementos del badén

Page 2: Bad Enes Trabajof

-Plataforma o Capa de Rodadura. Es la parte fundamental del baden. 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 fundacion del baden y se construye a todo lo largo de este.

-Muros de Cabezal. Son una prolongacion del Muro de Pie en ambos extremos de este, formando un vertedero con el objetivo de ampliar la capacidad de descarga sobre el baden, y ademas; proteger las laderas contra la socavacion.

-Muro de Confinamiento. Se denomina asi al muro localizado en el borde de la plataforma en el sector de aguas arriba, elemento que tiene por objetivo la proteccion del baden

Tipos de badenes

SEGÚN SU COMPOSICION:

Baden macizo

La singularidad de este tipo de baden es que su plataforma es de gran espesor. Estos badenes se diseñan para cursos de rios o quebradas con caudales de magnitud y con arrastre de material grueso.

Baden combinado

Se denomina asi 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.

Baden mixto

Page 3: Bad Enes Trabajof

Este tipo de baden se diseña 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 baden propiamente dicho

SEGÚN SU SECCIÓN

BADÉN ESTÁNDAR

Estas estructuras están destinadas a proteger de la erosión a la carretera de pequeños cursos de agua que la atraviesan, su uso debe estar limitado a sitios con pequeñas descargas y en zonas planas. se muestra en la figura, puede ser construido de concreto o mampostería.

Criterios de diseño

El caudal de diseño se debe calcular para un período de retorno de 50 años, usando el Método Racional.

La altura máxima alcanzada por el nivel del agua para el caudal de diseño es 30 cms.

Dimensionamiento del badén estándar

El badén se comporta como una canal de superficie libre y para determinar su capacidad se propone le fórmula de Manning la que se expresa:

Proceso de cálculo de un badén estándar

1. Determinación del caudal de diseño (Qd) por medio del método racional para un periodo de retorno de 50 años.

2. Calculo del caudal máximo que puede transportar el badén el cual se calcula mediante la ecuación de maning como un canal abierto triangular. Los parámetros para badén del “manual de estructuras” son los siguientes. o Profundidad máxima y=30cms o Pendiente de los lados S=0.08 o Pendiente del fondo del canal S0=0.02 o Pendiente de los lados de la estructura(Z=1/0.08)=12.5 o n=0.013 para concreto y 0.023 para mampostería

CálculosÁrea (A)=Z*Y2, siendo “Z” la pendiente de los lados y “Y” la profundidad =12.5*0.32=1.125m2; Perímetro mojado P=2*Y*(1+Z2) 1/2=2*0.3*(1+12.52) 1/2=7.52mts. Radio hidráulico Rh=A/P=1.125/7.52=0.15. Rh 2/3=0.28

Page 4: Bad Enes Trabajof

Sustituyendo en la ecuación de maning, Q=(1.125*0.28*0.021/2)/0.013=3.43m3/s (para concreto)Sustituyendo en la ecuación de maning, Q=(1.125*0.28*0.021/2)/0.023=1.78m3/s (para concreto)Resultados El caudal para un badén de concreto =3.43m3/s El caudal para un badén de mampostería=1.78m3/sComparación de resultadosSi el caudal de diseño es menor que el caudal máximo, se acepta el badén estándar, caso contrario será necesario un badén trapezoidal.

BADÉN TRAPEZOIDALSu función es igual que el badén estándar y se usa cuando éste no es suficiente para transportar el caudal de diseño de la cuenca.

Criterios de diseño. El prototipo de la estructura presentada se muestra en la figura, puede ser construido de concreto o mampostería:

Al igual que el triangular el badén trapezoidal se analiza como un canal abierto, el cálculo del caudal máximo se hace por medio de la ecuación de Manning y los parámetros para un trapecio se calculan: Área (A) = (b+z*y)*y Perímetro mojado (P)=b+2y*(1+z2)1/2 Radio hidráulico = A/P Donde b= ancho del fondo, y= profundidad del agua, z =pendiente de los lados de la estructura.

CONSIDERACIONES

Se recomienda pendientes transversales para el badén de 2 y 3% El borde libre se asume igual a la altura de agua entre el nivel máximo esperado y el

nivel de la línea de energía, el valor puede variar entre 0.30 y 0.50 Es importante que el badén proyectado cuente con obras de protección contra la

socavación a fin de evitar el colapso mediante enrocados,gaviones de concreto u otro tipo de protección contra la socavación en función del tipo de material que trasporta el curso natural.

Page 5: Bad Enes Trabajof

El diseño hidráulico del badén debe adoptar pendientes longitudinales de ingreso y salida de la estructura de tal manera que el paso de vehículos a través de él, sea de manera confortable y no implique dificultades para los conductores y daño a los vehículos.

Si la quebrada tuviera fuerte pendiente transversal se debe proteger la salida del badén haciéndole una rampa o si no graderías, de esta manera protegemos de una socavación que ocasionaría graves problemas a la estructura.

Si se construye de concreto debe hacer dos dinteles profundos en sus extremos que le sirven como cortinas

El material de arrastre es un factor importante en el diseño del badén, recomendándose que no sobrepase el perímetro mojado contemplado y no afecte los lados adyacentes de la carretera.

La línea de energía, el eje hidráulico y el fondo del canal son paralelos, es decir, las pendientes de la línea de energía, de fondo y de la superficie del agua son iguales. El flujo uniforme que se considera es permanente en el tiempo. Aun cuando este tipo de flujo es muy raro en las corrientes naturales, en general, constituye una manera fácil de idealizar el flujo en el badén, y los resultados tienen una aproximación práctica adecuada.

Si el estudio lo amerita, con la finalidad de reducir la energía hidráulica del flujo a la entrada y salida del badén, se recomienda construir disipadores de energía, siempre y cuando estas estructuras no constituyan riesgos de represamientos u obstrucciones.

El diseño del badén también deberá contemplar uñas o dentellones de cimentación tanto a

la entrada como a la salida de la estructura, dichas uñas deberán desplantarse preferentemente sobre material resistente a procesos erosivos.

Un badén bien hecho, debe cumplir las siguientes condiciones: La superficie de rodamiento no debe erosionarse al pasar el agua.

Debe evitarse la erosión y socavación aguas arriba y aguas abajo.

Debe facilitar el escurrimiento para evitar regímenes turbulentos.

Debe tener señales visibles que indiquen cuando no debe pasarse

porque el tirante de agua es demasiado alto y peligroso.

DISEÑO HIDRAULICO

PENDIENTE LONGITUDINAL DEL BADÉN

Page 6: Bad Enes Trabajof

El diseño hidráulico del badén debe adoptar pendientes longitudinales de ingreso y salida de la estructura de tal manera que el paso de vehículos a través de él, sea de manera confortable y no implique dificultades para los conductores y daño a los vehículos.

PENDIENTE TRANSVERSAL DEL BADÉN

Con la finalidad de reducir el riesgo de obstrucción del badén con el material de arrastre que transporta curso natural, se recomienda dotar al badén de una pendiente transversal que permita una adecuada evacuación del flujo. Se recomienda pendientes transversales para el badén entre 2 y 3%.

BORDE LIBRE

Generalmente, el borde libre se asume igual a la altura de agua entre el nivel de flujo máximo esperado y el nivel de la línea de energía, sin embargo, se recomienda adoptar valores entre 0.30 y 0.50m.

DATOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO

Son tres aspectos fundamentales:

Topografía del cause

Geotecnia del sitio

Estimación de caudales máximos

DISEÑO DE LA SECCIÓN HIDRÁULICA

CASO 01: CUANDO SU SECCIÓN DEL CAUSE PRESENTE UNA PENDEINTE SUAVE, TANTO AGUAS ARIBA Y AGUAS ABAJO.

En el diseño de sección hidráulica, se debe tener en cuenta ciertos factores, tales como: Tipo de material del cuerpo del Badén. Coeficiente de rugosidad. Velocidad Media. Pendiente del fondo del badén Taludes de inclinación de las paredes del badén

La formula más comúnmente usada para determinar la velocidad media es la de manning cuya

expresión es:

Donde el gasto viene dado por la siguiente relación:

Page 7: Bad Enes Trabajof

TABLA 01: RELACIONES DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES MÁS FRECUENTES

Rugosidad (n).

La rugosidad depende del cauce y talud, de las paredes del badén; esto es importante porque influye en la velocidad y tirante de agua.

TABLA 02: VALORES DE RUGOSIDAD “n” DE MANNIG.

Taludes apropiados según tipo de material.

La inclinación de las paredes de un canal, depende de varios factores pero en especial de la clase de terreno donde están alojados.

El BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente fórmula:

Donde: B.L.= borde libre en pies.

C= 1.5 par caudales menores a 20 pies3/seg. Y hasta 2.5 para caudales del orden de los 3000 pies 3/seg.

Y= Tirante del canal en pies

CASO 02: CUANDO LA PENDIENTE DEL CAUSE ES MUY PRONUNCIADA; GENERALMENTE EN EL MOMENTO DE SU DESCARGA.

Dimensionamiento del badén.

Para establecer las dimensiones de los elementos del badén, se deberá fijar el caudal de diseño (se recomienda un caudal de diseño con un periodo de retorno de T= 50años).

Page 8: Bad Enes Trabajof

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 formula de vertedero de pared gruesa.

En esta etapa se deberá analizar las variantes posibles, a partir de aspectos topográficos y/o geométricos; y la comparación de estas, permitirá seleccionar el tamaño del badén más económico que cumpla con los requisitos técnicos.

Diseño de la plataforma

Para la geometría 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 podrá calcular el radio; el cual no será menor a 80 metros

R² = f² + a²

f = flecha a = L / 2

El ancho de la plataforma es funcion del ancho de la via (4, 6 u 8 metros) y el espesor se debe determinar en funcion de las cargas y de la calidad del terreno de fundacion (en la practica se recomienda un espesor no menor a 20 cm).

Diseño del Muro de Pie

Su altura depende del terreno de fundacion y del caudal de la crecida de diseño, para lo cual se analizara la socavacion que produce el salto del agua.

En este sentido se debera estudiar el perfil del cauce, considerando la pendiente, la potencialidad erosiva y la altura maxima de socavacion.

El calculo de la altura de socavacion puede ser realizado mediante la formula experimental de Veronece:

d = 1.9 · h 0.225 · q 0.54d = Profundidad de socavacion en metros h = diferencia de niveles de agua en metrosq =Q/Lv - Caudal por metro de vertedero en [m3/seg]/m Q = caudal de diseño en m3/segLv = Longitud del vertedero

Page 9: Bad Enes Trabajof

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 socavacion

Se recomienda la implementacion del voladizo para badenes mixtos o cuando el suelo de fundacion es susceptible a una profundidad de socavación de gran magnitud y el arrastre del amterial no sea grueso.

Para un suelo de fundacion clasificado como roca blanda, la longitud del voladizo puede ser de 0.50m., para aluvion debera tener un minimo de 1.00m.

Muros de Cabezal

La altura de los muros de cabezal sobre la plataforma esta determinada por el caudal y la longitud del vertedero formada por estos muros.

De la formula del vertedero de pared gruesa: Q = 1.71· Lv·Y 3/2

Obtenemos el tirante normal, a la entrada del baden: Y = [Q/(1.71· Lv)]2/3

El area hidraulica a la salida del baden:A = R²·atan [0.5·Lv / (R-f)] - Lv·[0.5·(R-f) - (Y - f)]

La velocidad del caudal a la salida del baden: V = Q / A

Finalmente, la altura del cabezal sobre el baden sera: Hc = 0.67·Y +V²/ 2·g + 0.10 m

Se recomienda una altura maxima de 1.00 m, su longitud se determina en funcion a la pendiente y al tipo de terreno de las margenes. Eventualmente, la altura de los muros de cabezal sobre la plataforma puede ser sobrepasada y el rebalse puede producir un salto en las margenes del rio o quebrada, por lo que se recomienda disponer de medidas de proteccion, como ser; empedrado u otras que disminuyan la socavacion de las margenes.

Page 10: Bad Enes Trabajof

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 mas 20.30cm.

Page 11: Bad Enes Trabajof

Para establecer las dimensiones de los elementos del baden, se debera fijar el caudal de diseño (se recomienda un caudal de diseño con un periodo de retorno de T = 50 años).

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 formula de vertedero de pared gruesa.

Diseño de la plataformaR² = f² + a²

f = flecha a = L / 2

El ancho de la plataforma es funcion del ancho de la via (4, 6 u 8 metros) y el

espesor se debe determinar en funcion de las cargas y de la calidad del terreno de fundacion (en la practica se recomienda un espesor no menor a 20 cm).