REVESTIMIENTO DE CANALES: BADENES.USS.PERU

1.1. Definición.- Los badenes son estructuras para drenaje superficial, con un quiebre integrado a la pendiente del camino,

ALUMNOS:

diseñado específicamente para drenar el



GALLARDO ODAR DAVID



RODRIGUEZ VASQUEZ GUABERTO

agua desde una cuneta interior o a través de la superficie del camino, mientras que la velocidad

ASIGNATURA: HIDRÁULICA ASIGNATURA: HIDRÁULICA

de

desplazamiento

de

los

vehículos se reduce en cierta forma.

DOCENTE: ING. ARBULU RAMOS, JOSE

1.2. Elementos de un baden Plataforma o Capa de Rodadura. Rodadura . Es la parte

TEMA:

fundamental del badén. En sentido longitudinal, la losa es el segmento de una circunferencia y

REVESTIMIENTO DE CANALES Y

“

en sentido transversal es inclinada con una

EJERCICIOS DE APLICACIÓN

”

pendiente del orden del 2% hacia aguas abajo. Muro de Pie:  Pie:  Muro localizado en la parte de

INDICE

aguas abajo de la plataforma, constituye la

INTRODUCCIÓN

fundación del badén y se construye a todo lo

REVESTIMIENTO DE CANALES I.

largo de este.

BADENES

Muros de Cabezal: Son una prolongación del

1.1.

Definición.

1.2.

Elementos de un baden.

Muro de Pie en ambos extremos de este, formando un vertedero con el objetivo de ampliar la capacidad

1.3.

Tipos de badenes

1.4.

Ventajas y desventajas de los badenes

1.5.

Recomendaciones

y

consideraciones para el diseño de badenes. CUNETAS

2.1.

Caracteristicas Geometricas.

2.2.

Ubicación de las cunetas

2.3.

Tipologia DISEÑO

badén, y además; proteger las laderas contra la socavación. Muro de Confinamiento: Confinamiento:   Se denomina así al muro localizado en el borde de la plataforma en el sector de aguas arriba, elemento que tiene por objetivo la protección del badén.

II.

III.

de descarga sobre el

DE

BADENES

Y

CUNETAS 3.1.

Hidrologia para el diseño

3.2.

Diseño hidráulico de badenes

1.3. Tipos de Badenes a)

Badén simple: Es el tipo de badén que consta de todos los elementos

3.3.

Diseño hidráulico de cunetas

BIBLIOGRAFÍA

I.

BADENES

b)

Badén mixto: Al badén simple que,

ocasionales en el tránsito durante

además incluye alcantarilla para el

periodos de alto caudal.

paso del agua.

 

La

configuración

no

se

adapta

fácilmente a desagües o arroyos profundos en el terreno para los cuales se necesitarían rellenos de gran altura. 

Debido a que la geometría de la estructura implica una depresión en la superficie y retrasos periódicos, en

c)

Badén macizo :La

general no son recomendables para

singularidad

caminos de mucho tránsito ni de alta

de este tipo de badén, es que su

velocidad.

plataforma es de gran espesor. Estos

badenes



se diseñan para

Los badenes con alcantarillas pueden represar los arrastres en el cauce de

cursos de ríos o quebradas con

un arroyo y ocasionar la obstrucción de

caudales de magnitud y con arrastre

la

de material grueso.

alcantarilla,

lo

cual

implica

mantenimiento y origina otros ajustes en el cauce. 

La migración de peces puede ser una característica difícil de incorporar en el diseño.



1.4. Ventajas y desventajas de los badenes

peligroso durante periodos de gran

A. Ventajas 

La ventaja

El cruce de la estructura puede ser caudal.

principal es que no es

generalmente susceptible a obstruirse con escombros o con vegetación como sucede en el caso de una alcantarilla de tubo que puede llegar a taparse. RECOMENDACIONES

1.5

Y

CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE Son estructuras menos costosas que



BADENES

las alcantarillas grandes o los puentes. Pueden resultar inicialmente más costosos

MATERIAL SOLIDO DE ARRASTRE 

que las alcantarillas, pero se necesitará

importante en el diseño del badén,

menos relleno en el cauce y pueden dejar

recomendándose  que

pasar un mayor caudal.

no sobrepase el

perímetro mojado contemplado y no

Los badenes con alcantarillas se



El material de arrastre es un factor

afecte los lados adyacentes de la

pueden usar para desalojar flujos en estiaje y para mantener a los vehículos fuera del agua, evitando la degradación de la calidad del agua.

carretera. 

Se debe usar una estructura o una losa suficientemente larga para proteger el “perímetro mojado” del cauce natural

del curso de agua. Agregar protección B. DESVENTAJAS

por arriba del nivel esperado de aguas máximas. Mantener un borde libre,



Las estructuras tipo badén implican

típicamente de entre 0.3 y 0.5 metros,

ciertos

entre la parte superior de la superficie

retrasos

periódicos

u

reforzada de rodadura (losa) y el nivel de aguas máximas esperado

PROTECCIÓN CONTRA LA SOCAVACIÓN 

II.

CUNETAS

 

Son

Es importante que el badén proyectado cuente con obras de protección contra

canales

abiertos

construidos

la socavación, a fin de evitar su

lateralmente a lo largo de la carretera,

colapso.

la

con el propósito de conducir los

protección debe realizarse tanto aguas

escurrimientos superficiales y sub-

arriba como aguas abajo de la

superficiales

estructura, mediante la colocación de

plataforma

enrocados, gaviones, pantallas de

adyacentes a fin de proteger la

concreto u otro tipo de protección

estructura del pavimento. La sección

contra la socavación, en función al tipo

transversal

de material que transporta el curso

trapezoidal o rectangular.

Según

se

requiera,

procedentes vial,

taludes

puede

ser

de y

la

áreas

triangular,

natural. 2.1 CARACTERISTICAS GEOMETRICAS A. Talud Interior de Cunetas: La inclinación del Talud dependerá, por condiciones de seguridad, de la velocidad y volumen de diseño de la carretera o camino. PENDIENTE LONGITUDINAL DEL BADÉN 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. B. Profundidad de la Cuneta La profundidad será determinada, en conjunto con los demás elementos de su sección, por los volúmenes de las aguas superficiales a conducir, así como de los factores f uncionales y PENDIENTE TRANSVERSAL DEL BADÉN

geométricos correspondientes. En caso de

Con la finalidad de reducir el riesgo de

elegir la sección triangular, las profundidades

obstrucción del badén con el material de

mínimas de estas cunetas será de 0.20 m para

arrastre que transporta curso natural, se

regiones secas, de 0.30 m para regiones

recomienda dotar al badén de una pendiente

lluviosas y de 0.50 m para regiones muy

transversal

lluviosas

que

permita

una

adecuada

evacuación del flujo. Se recomienda pendientes transversales para el badén entre 2 y 3%.

Se

limitará

la

longitud

de

las

cunetas

desaguándolas en los cauces naturales del terreno,

obras

de

drenaje

transversal

o

proyectando desagües donde no existan. La descarga de agua de las cunetas se efectuará por medio de alcantarillas de alivio. En región seca o poca lluviosa la longitud de las cunetas será de 250m como máximo, las longitudes de recorridos mayores deberán  justificarse técnicamente; en región muy lluviosa se recomienda reducir esta longitud máxima a 200m. 2.2 UBICACIÓN DE LAS CUNETAS

C. El Fondo de la Cuneta El ancho del fondo será función de la capacidad que

quiera

conferírsele

a

la

cuneta.

Eventualmente, puede aumentársele si se requiere espacio para almacenamiento de nieve o de seguridad para caída de rocas. En tal caso, la cuneta puede presentar un fondo inferior para el agua y una plataforma al lado del corte a una cota algo superior, para los fines mencionados. D. Revestimiento Con pendientes longitudinales fuertes (superiores al 4%) es necesario revestir, aunque suele hacerse a partir del 1%; sin embargo, el peligro con pendientes longitudinales tendidas es que llegue a enterrarse la cuneta, por lo que es aconsejable una pendiente mínima del 0,5 %. La velocidad de las aguas debe limitarse para evitar la erosión, sin reducirla tanto que pueda dar lugar a sedimentación. La velocidad mínima aconsejada es de 0.25 m/s.

CUNETAS DE CORONACION DE DESMONTE: Se colocan en la parte mas alta del desmonte para evitar la erosión y arrastre de materiales que conforman talud, así como para aliviar parte del caudal que debería recoger la cuneta principal, interceptando la escorrentía de las laderas circundantes. CUNETA DE CORONACION DE TERRAPLEN:  Al igual que la anterior, evita que el agua recogida por la calzada penetre en el talud Son de menor tamaño, ya que únicamente deben evacuar el agua recogida en el f orme. CUNETA DE PIE DE TERRAPLEN:  Su misión es recoger las aguas que caen sobre el talud del terraplén y sobre el terreno circundante, sobre todo si su pendiente vierte hacia el propio relleno, ya que podría llegar a erosionar gravemente la base del mismo.

VELOCIDADES MÁXIMAS ADMISIBLES

1.3 TIPOLOGIA E. Puntos de Desagüe

Las cunetas triangulares, sección en V, son muy empleadas,

sobre

todo

en

carreteras

secundarias, por ser fáciles de construir y

La mayoría de los métodos de determinación del

conservar con motoniveladora.

caudal implica la definición o estim ación del

Las cunetas trapeciales, sección en T, tienen

área de drenaje. Este trabajo usualmente se

mejores características hidráulica y, con taludes

realiza mediante la delineación del área de la

tendidos, también buenas características de

cuenca de captación sobre un mapa topográfico

seguridad para el tráfico. Las cunetas reducidas, con paredes verticales, son un grave peligro para el tráfico, por lo que deben ir cubiertas, actuando como un sumidero continuo.

Cuando menos debería usarse el llamado Método Racional. En este trabajo se explicará este método, sin embargo se pueden aplicar otros métodos. Los métodos típicos de análisis para diferentes tamaños de cuencas de captación se muestran en la Tabla. III DISEÑO DE BADENES Y CUNETAS 3.1 HIDROLOGIA PARA EL DISEÑO De manera general y no solo para el diseño de badenes y cunetas, las dimensiones de las estructuras de drenaje deberán estar basadas en un cierto caudal razonable de diseño, así como en las características del sitio y en consideraciones ambientales tales como zonas pesqueras. Un caudal razonable de diseño se basa comúnmente en una tormenta que tiene una frecuencia de recurrencia (periodo de retorno) de 20 a 100 años, dependiendo del t ipo y valor de la estructura y de los reglamentos locales.

A. MÉTODO RACIONAL

2) 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 que se expresó anteriormente. 3) Proceso de cálculo de badén estándar  Determinación del caudal de diseño (Qd) por medio del método racional para un periodo de retorno de 10 años. Cálculo del caudal el máximo que puede transportar el badén el cual se calcula mediante la ecuación de Manning como un canal abierto DISEÑO

HIDRAULICO

DE

BADENES

Y

CUNETAS

triangular. Los parámetros para el badén se debe asumir según recomendaciones, criterios y/o según las condiciones del suelo, la topografía, etc. Comparación de resultados: Si el caudal de la cuenca (Qd) es menor que el máximo, se acepta el badén estándar, caso contrario será necesario un badén trapezoidal. B. BADÉN TRAPEZOIDAL Su función es igual que el badén estándar y se usa cuando éste no es suficiente para

Coeficiente de rugosidad

transportar el caudal de diseño de la c uenca. El prototipo de la estructura puede ser construido de concreto o mampostería. b.1) Criterios de diseño Son similares que para el diseño de badenes estándar b.2) Dimensionamiento y proceso de cálculo del badén trapezoidal  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. Los parámetros para el

3.2 DISEÑO HIDRAULICO DE BADENES

badén se debe asumir según recomendaciones, criterios y/o según las condiciones del suelo, la

A. BADEN ESTANDAR

topografía, etc. En la comparación de resultados, si el caudal de

1) Criterios de diseño

la cuenca (Qd) es menor que el máximo, se

El caudal de diseño se debe calcular para un

acepta el badén trapezoidal, caso contrario será

período de retorno de 10 años, usando el

necesario ajustar las dimensiones de la

Método Racional.

estructura.

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

3.3 DISEÑO HIDRAULICO DE CUNETAS

Velocidad máxima permisible. Es la velocidad máxima promedio que se desarrolla dentro del canal y no causa erosión a éste. Lo primero es determinar el área aferente o tributaria de la cuneta, para este paso son necesarios los planos de planta y perfil de la carretera. Mediante estos se establecerá el ancho del impluvium característico del sector.

DISEÑO HIDRAULICO

lluvia, especialmente en zonas de sierra y selva del país). Cuando existan limitaciones de ancho de la plataforma se podrá proyectar cunetas con doble función: Drenaje  Área de emergencia (berma) Para los cuales se buscará la solución más adecuada tales como: cunetas cubiertas, bermacuneta, cuneta tipo batea, etc.

Donde: C: Coeficiente de escorrentía que depende del

A

continuación

se

presenta

tipo de suelo

expresiones de la ecuación de Manning para

I : Intensidad de diseño en mm/hora

determinar caudales en cunetas.

V: Velocidad media en la cuneta (m/s)  ATributaria: Área tributaria o aferente de la cuneta en m2  ACuneta: Área de la cuneta en m2 B : Ancho de impluvium en m. L : Longitud de la cuneta en m. Rh: Radio hidráulico de la cuneta en m S: Pendiente longitudinal de la cuneta (m/m) n : Coeficiente de rugosidad de MANNING También

se

utiliza

el

Coeficiente

de

STRICKLER (K) cuya expresión es (1/n).

OTRAS CONSIDERACIONES Para lograr el funcionamiento adecuado de la sección hidráulica, se requiere que en los proyectos viales se considere: La construcción de una berma exterior de recepción con ancho mínimo de 60 cm (entre la cuneta y pie del talud de c orte), con la finalidad de recepcionar la posible caída de materiales del talud superior, los cuales al impactar, deterioran las losas, y colmatan la sección hidráulica.  Así mismo es necesario establecer la necesidad de mantenimiento de cunetas por lo menos dos veces al año (antes y después del período de

DISEÑOS TIPICOS DE CUNETAS

algunas