FINAL- DISEÑO DE BADENES-TORRES

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO Facultad de Ingeniería Civil, Sistemas y Arquitectura

Curso: CAMINOS II TEMA: ESTUDIO DE BADENES

I.

INTRODUCCION ............................................................................................................................ 3

II.

OBJETIVOS .................................................................................................................................... 4

III.

GLOSARIO DE TERMINOS .............................................................................................................. 4

IV.

BASE TEORICA............................................................................................................................... 6 4.1. GENERALIDADES ........................................................................................................................ 6 4.2. DEFINICIÓN:............................................................................................................................... 7 4.3. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN BADEN .............................................................................. 7 4.4. TIPOS DE BADENES .................................................................................................................... 8 4.4.1. SEGÚN SU COMPOSICION: .................................................................................................... 8 4.4.2. SEGÚN SU SECCIÓN .............................................................................................................. 9

V.

ESTUDIO HIDROLÓGICO .............................................................................................................. 13 5.1. CARACTERISTICAS DE LA CUENCA HIDROLOGICA ............................................................... 13 5.1.1. DELIMITACION DE LA CUENCA............................................................................................ 13 5.1.2. CURVAS CARACTERISTICAS DE LA CUENCA ......................................................................... 14 5.1.3. INDICES REPRESENTATIVOS ................................................................................................ 15 5.1.4. RECTANGULO EQUIVALENTE .............................................................................................. 16 5.1.5. PENDIENTE DE LA CUENCA ................................................................................................. 17 5.1.6. PERFIL LONGITUDINAL DEL CURSO DE AGUA ..................................................................... 18 5.1.7. PENDIENTE DEL CAUCE ....................................................................................................... 19 5.2. INTENSIDAD DE DISEÑO ..................................................................................................... 20 5.2.1. ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS HIDROLÓGICOS ............................................................. 20 5.2.2. PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE SMIRNOV-KOLMOGOROV ............................................ 23 5.2.3. PRECIPITACION MAXIMA DE UNA ESTACION METEREOLOGICA ........................................ 23 5.2.4. INTENSIDAD MÁXIMA DE UNA ESTACION METEREOLOGICA ............................................. 27 5.2.5. CURVAS INTENSIDAD-DURACION-PERIODO DE RETORNO UNITARIO ................................ 27 5.2.6. ESTIMACIÓN DE CAUDALES ................................................................................................ 30 MÉTODO RACIONAL .......................................................................................................................... 30

VI.

DISEÑO HIDRÁULICO .................................................................................................................. 34

6.1

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO ....................................................................... 34

6.1.1. 6.1.2. 6.1.3. 6.1.4. 6.1.5. VII.

MATERIAL SÓLIDO DE ARRASTRE............................................................................................. 34 PROTECCIÓN CONTRA LA SOCAVACIÓN .................................................................................. 34 PENDIENTE LONGITUDINAL DEL BADÉN .................................................................................. 35 PENDIENTE TRANSVERSAL DEL BADÉN .................................................................................... 35 BORDE LIBRE ............................................................................................................................ 36 MATERIALES E INSUMOS: ....................................................................................................... 45

7.1. GABIONES ................................................................................................................................ 45 7.1.1. TRIPLE TORSIÓN .................................................................................................................. 45 A. DESCRIPCIÓN: .......................................................................................................................... 45 B. COMPOSICIÓN ......................................................................................................................... 45 C. CARACTERÍSTICAS DEL GAVIÓN TRIPLE TORSIÓN .................................................................... 46 D. VENTAJAS ................................................................................................................................ 46 E. NORMAS .................................................................................................................................. 46 7.1.2. INSTALACIÓN DE GAVIONES ............................................................................................... 47 A. ACCESORIOS DE SEGURIDAD ................................................................................................... 47

1


B. C. D. VIII.


HERRAMIENTAS ....................................................................................................................... 47 PROCESO DE INSTALACION:..................................................................................................... 48 RENDIMIENTO ......................................................................................................................... 53 DISEÑO ESTRUCTURAL: .......................................................................................................... 54

8.1.

DISEÑO ESTRUCTURAL GENERAL: ............................................................................................ 54

IX.

CONCLUSIONES........................................................................................................................... 62

X.

ANEXOS: ..................................................................................................................................... 64 10.1. ANALISIS DE PRESUPUESTO PARA UN BADEN DE CONCRETO DE 20M DE LARGO POR 5.5 M DE ANCHO. 64 10.2. FOTOS: ..................................................................................................................................... 69

XI.

BIBLIOGRAFIA: ............................................................................................................................ 79

2


I.


INTRODUCCION 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.

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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.

II.

OBJETIVOS o Dar a conocer la información necesaria de los diferentes tipos de badenes. o Hacer un estudio hidrológico, hidráulico y estructural para badenes. o Diseñar un badén tipo, considerando los diferentes criterios de diseño y estudios necesarios.

III.

GLOSARIO DE TERMINOS Agua Abajo: Es la dirección el curso del río o flujo de las aguas que quedan después de la línea central del camino ya sea a mano izquierda o derecha. Agua Arriba: Es la dirección el curso del río o flujo de las aguas que quedan antes de la línea central del camino ya sea a mano izquierda o derecha. Aluvión. Un término general para todos los detritos de material depositado o en tránsito por una corriente incluyendo grava, arena, sílice, arcilla, y variaciones y mezclas de estas. A menos que como se ha anotado el aluvión no esté consolidado. Área de Drenaje. El área drenada dentro de una corriente en un punto dado. Puede ser de diferentes tamaños por escorrentía superficial, flujo sub superficial y flujo base, pero generalmente el área de escorrentía de superficie es considerada como el área de drenaje. Aguas de escorrentía. Parte de la lluvia que discurre sobre la superficie del terreno y eventualmente forma las quebradas y los ríos. Badén: Estructura construida con piedra y/o concreto para permitir el paso vehicular sobre quebradas de flujo estacional o de flujo de aguas menores. A su vez permite el paso de agua, materiales y de otros elementos sobre la superficie de rodadura. Bordo libre: Distancia vertical entre el nivel máximo del agua, generado por una creciente de diseño y el borde de un canal o la cresta de la cortina de la presa o de otra estructura hidráulica. Capacidad de infiltración: Velocidad máxima a la cual el agua puede ser absorbida por un suelo por unidad de superficie y en ciertas condiciones.

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Concreto: Es un material de muy amplio uso en la construcción y resulta de mezclar una pasta de cemento y agua con diversos agregados, tales como arenas y gravas, que al fraguar o endurecerse adquiere una resistencia determinada. Para confeccionar un concreto se debe tener presente el tipo de uso que se le va a dar, de ahí se deriva su dosificación o cantidades de elementos agregados que se van a utilizar. Corriente Perenne. Una corriente que mantiene agua en su canal a través del año. Curso de Agua. Cualquier río, corriente, crique, arroyo, ramal, natural o desagüe artificial en o dentro de escorrentía de lluvia que fluye continuamente o intermitente. Flujo Laminar. Flujo en baja velocidad en el cual las partículas de flujo se deslizan suavemente a lo largo de líneas rectas paralelas en cualquier lugar al eje de un canal o tubo. Flujo Uniforme. Un estado de flujo uniforme cuando la velocidad media y el área de la sección transversal permanece constante en todas las secciones de un tramo. Drenaje Transversal: Es el que se refiere a las estructuras, (exceptuando puentes) el cual anda en el 2% dependiente hacia la salida del agua. Drenaje Longitudinal: Es el que se refiere a las cunetas laterales al camino, dicha pendiente depende del control de la velocidad recomendada para evitar las erosiones. Gaviones: Son recipientes en forma de malla de forma variada (cuadrada, rectangular cilíndrica) los cuales se rellenan con piedra balón. Gradiente de energía: línea imaginaria que muestra la disminución o pérdida de carga total a lo largo de una conducción o de un canal. Mampostería: Es la mezcla de piedra bolón, arena, cemento y agua; que se utiliza para construir estructuras simples (sin refuerzo). Mampostería: Es la mezcla de piedra bolón, arena, cemento y agua; que se utiliza para construir estructuras Simples (sin refuerzo). Percolación: El movimiento de agua a través del suelo, bajo acción de la gravedad. Piedra bolón: Son rocas superiores a los 6 centímetros de diámetro y son muy utilizadas en la construcción para diversos fines. Su mayor utilidad se transfiere a cimientos, muros y como elemento de la mampostería.

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Suelo cemento: Es mejoramiento del suelo natural con cemento en proporciones de una parte de cemento, por cinco, seis u ocho partes (según sea el caso) del suelo existente. Socavación. El claro y acción de cavar del flujo del agua, especialmente erosión hacia abajo erosión causada por la corriente de agua en filtración aparte del lodo y limo del lecho de corriente y ribera exterior de un canal curvado. Tubificación. La formación de "tubos" por erosión subterránea. El agua en el suelo acarrea las partículas de suelo fino lejos, y el desarrollo de una serie de tubos enrodados o túneles. Estas aberturas se harán progresivamente grandes y pueden causar fallas en una presa. Vado: Es una obra de drenaje transversal menor de bajo costo, cuya función es drenar aguas superficiales por encima del camino, sin provocar daños a la superficie de rodamiento. Vertedero Principal. Un vertedero de una presa generalmente construido de materiales permanentes y diseñados para regular el nivel de agua de flujos normales.

IV.

BASE TEORICA 4.1. GENERALIDADES Son obras de Arte de drenaje superficial. Tienen por finalidad permitir que el agua pueda pasar de un lado a otro por encima de la carreta al nivel de la rasante, a la que se le hace una curvatura cóncava longitudinal. Se les usa para cruzar quebradas de curso eventual o permanente por las que no pasan grandes volúmenes de agua en crecientes y en las cuales el cauce es muy amplio o no están bien definidos; para pasarlos los vehículos tienen que bajar la velocidad ya que tienen que pasar sobre el agua. Si las quebradas crecen mucho llegan a interrumpir el tránsito. Los badenes se forman mediante una mampostería o una losa de concreto a lo largo del eje del camino y de todo el largo de la desembocadura de la quebrada. Tienen en corte longitudinal forma de curva cóncava para que encauce el agua. Si se construye de concreto debe hacer dos dinteles profundos en sus extremos que le sirven como cortinas.

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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.

4.2. DEFINICIÓN: Los Badenes son obras destinadas a dejar pasar el agua sobre la carretera y al mismo nivel de la rasante, a la que se hace una pequeña inflexión: su empleo se determina al ubicar la rasante en el perfil longitudinal. 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.

4.3. ELEMENTOS QUE CONFORMAN UN BADEN El badén es una obra de drenaje que se adecua a las características geométricas del cauce y tiene por objetivo facilitar el tránsito estable de los vehículos y consta de los siguientes elementos:  Plataforma o Capa de Rodadura  Muro de Pies el segmento de una circunferencia  Muros de Cabezal  Muro de Confinamiento Plataforma o Capa de Rodadura: Es la parte fundamental del badén. En sentido longitudinal, la losa y en sentido transversal es inclinada con una pendiente del orden del 2 a 3% hacia aguas abajo. Muro de Pie: Muro localizado en la parte de aguas abajo de la plataforma, constituye la fundación del badén y se construye a todo lo largo de este. Muros de Cabezal: Son una prolongación del Muro de Pie en ambos extremos de este, formando un vertedero con el objetivo de ampliar la

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capacidad de descarga sobre el badén, y además; proteger las laderas contra la socavación. Muro de 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.

IMAGEN 1: PARTES DE UN BADEN

4.4. TIPOS DE BADENES Los badenes se clasifican de la siguiente manera: 4.4.1. SEGÚN SU COMPOSICION: 4.4.1.1. BADÉN SIMPLE:

Es el tipo de badén que consta de todos los elementos. 4.4.1.2. BADÉN MIXTO:

Al badén simple que, además incluye alcantarilla para el paso del agua. 4.4.1.3. BADÉN MACIZO:

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

8



4.4.1.4. BADÉN COMBINADO:

Son 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. 4.4.2. SEGÚN SU SECCIÓN 4.4.2.1. 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. El prototipo de la estructura presentada en el “Manual de Estructuras (Ref: C5.1.1.8)” se muestra en la figura1, puede ser construido de concreto o mampostería.

IMAGEN 2: BADEN ESTANDAR

A. 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. B. 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:

Siendo:

9



o Q, caudal en m3/s. o n, coeficiente de rugosidad de Manning que depende de la superficie del fondo del canal. Los valores se muestran en la tabla de coeficientes de rugosidad que está en anexos. o A, área de la sección transversal en m2 o P, perímetro mojado de la sección transversal en m2 o Rh, radio de la tubería dado por A/P (mts) o S, pendiente longitudinal del fondo en metro por metro. En el Cuadro siguiente se muestra el proceso de cálculo para determinar la capacidad máxima. 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 Cálculos o Área (A)=Z*Y2, siendo “Z” la pendiente de los lados y “Y” la profundidad =12.5*0.32=1.125m2; o Perímetro mojado P=2*Y*(1+Z2)1/2=2*0.3*(1+12.52)1/2=7.52mts. o Radio hidráulico Rh=A/P=1.125/7.52=0.15. o Rh2/3=0.28 o Sustituyendo

en

la

ecuación

de

Q=(1.125*0.28*0.021/2)/0.013=3.43m3/s (para concreto)

10

maning,


o Sustituyendo

en

la


ecuación

de

maning,

Q=(1.125*0.28*0.021/2)/0.023=1.78m3/s (para concreto) Resultados o

El caudal para un badén de concreto =3.43m3/s

o

El caudal para un badén de mampostería=1.78m3/s

3. Comparación de resultados Si el caudal de diseño es menor que el caudal máximo, se acepta el badén estándar, caso contrario será necesario un badén trapezoidal. 4.4.2.2. BADÉN TRAPEZOIDAL.

Su función es igual que el badén estándar y se usa cuando éste no es suficiente para transportar el caudal de diseño de la cuenca. C. Criterios de diseño. El prototipo de la estructura presentada en el “Manual de Estructuras (Ref: C5.1.2)” se muestra en la figura, puede ser construido de concreto o mampostería:

IMAGEN 3: BADEN 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 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. Proceso de cálculo de un badén estándar

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4. Determinación del caudal de diseño (Qd) por medio del método racional para un periodo de retorno de 50 años. 5. Calculo del caudal máximo que puede transportar el badén el cual se calcula mediante la ecuación de maning como un canal abierto trapezoidal. Los parámetros para badén del “manual de estructuras hoja de trabajo C5.1.2” son los siguientes. o

Profundidad máxima y=30cms

o

Pendiente de los lados de la estructura(Z=1/0.08)=12.5

o

Pendiente del fondo del canal S=0.02

o

B=ancho del trapecio, variable, para este cálculo b=1mt.

o

n=0.013 para concreto y 0.023 para mampostería

Cálculos o

Área (A)=(b+Z*Y)*Y, siendo “Z” la pendiente de los lados y “Y” la profundidad =(1+12.5*0.3)0.3=1.425m2;

o

Perímetro mojado P=b+2*Y*(1+Z2)1/2=1+2*0.3*(1+12.52)1/2=8.52mts.

o

Radio hidráulico Rh=A/P=1.425/8.52=0.17.

o

Rh2/3=0.3

o

Sustituyendo

en

la

ecuación

de

maning,

Q=(1.425*0.3*0.02^1/2)/0.013=4.56m3/s (para concreto) o

Sustituyendo

en

la

ecuación

de

maning,

Q=(1.425*0.3*0.02^1/2)/0.023=2.43m3/s (para mampostería) Resultados o

El caudal para un badén de concreto =4.56m3/s

o

El caudal para un badén de mampostería=2.43m3/s

6. Comparación de resultados Si el caudal de diseño es menor que el caudal máximo, se acepta el badén estándar, caso contrario será necesario ajustar las dimensiones de la estructura. Nota: El badén trapezoidal de concreto con estas características, aumenta del orden de 1.30m3/s por cada metro de ancho adicional de b; en el caso de mampostería el incremento es de 0.70 m3/s por cada metro de b.

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V. ESTUDIO HIDROLÓGICO 5.1. CARACTERISTICAS DE LA CUENCA HIDROLOGICA La cuenca de drenaje de una corriente, es el área de terreno donde todas las aguas caídas por precipitación, se unen para formar un solo curso de agua. Cada curso de agua tiene una cuenca bien definida, para cada punto de su recorrido, utilizando información cartográfica, tal como cartas nacionales se tiene: 5.1.1. DELIMITACION DE LA CUENCA La delimitación de una cuenca se hace sobre un plano o mapa de curvas de nivel, se recomienda a una escala de 1:50 000, siguiendo las líneas del divortiumacuarum, la cual es una línea imaginaria, que divide las cuencas adyacentes y distribuye el escurrimiento originado por la precipitación. Una cuenca se puede clasificar atendiendo a su tamaño, en cuenca pequeña y cuenca grande.  Cuenca pequeña, Es aquella cuenca que responde a las lluvias de fuerte intensidad y pequeña duración, y en la cual las características físicas (tipo de suelo, vegetación) son las más importantes que las del cauce. Se considera cuenca pequeña aquella cuya área varié desde unas pocas hectáreas hasta el límite, que para propósitos prácticos se considera 250Km^2. Criterio de análisis, Para una cuenca pequeña, la forma y la cantidad de escurrimiento están influenciados principalmente por las condiciones físicas del suelo; por lo tanto, el estudio hidrológico debe enfocarse con más atención a la cuenca misma.  Cuenca grande, Una cuenca grande para fines prácticos, se considera grande cuando el área es mayor de 250 Km^2.

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Observación: Para badenes generalmente se desarrollan en cuencas pequeñas. a) CALCULO DEL AREA DE LA CUENCA Se refiere al área proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular, se obtiene después de delimitar la cuenca. b) CALCULO DEL PERIMETRO DE UNA CUENCA Se refiere al borde de la forma de la cuenca proyectada en un plano horizontal, es de forma muy irregular. Se obtiene después de delimitar la cuenca. Tanto para el cálculo del área y del perímetro, existen métodos de cálculo, pero para tener mayor facilidad haremos uso del AutoCAD. 5.1.2.

CURVAS CARACTERISTICAS DE LA CUENCA

a) CURVA HIPSOMETRICA Es la curva que puesta en coordenadas rectangulares, representa la relación entre la altitud, y la superficie de la cuenca que queda sobre esa altitud. Para construir la curva hipsométrica, se utiliza un mapa con curvas de nivel.

FIG.N° 02: CURVAS HIPSOMETRICAS EXISTENTES

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b) CURVA DE FRECUENCIA DE ALTITUDES Representa el grado de incidencia de las áreas comprendidas entre curvas de nivel con respecto al total del área de la cuenca. De los dos parámetros anteriores, se definen los siguientes:  Altura media: Es la ordenada media de la curva hipsométrica.  Altura más frecuente: Es la altitud cuyo valor porcentual es el máximo de la curva de frecuencia de altitudes.  Altitud de frecuencia media: Es la altitud correspondiente al punto de abscisa media (50% del área) de la curva hipsométrica.

FIG.N° 03: CURVA DE FRECUENCIA DE ALTITUDES Y CURVA HIPSOMETRICA

5.1.3.

INDICES REPRESENTATIVOS

a) FACTOR DE FORMA DE UNA CUENCA Se define como el cociente entre la superficie de la cuenca y el cuadrado de su longitud (Una cuenca con un factor de forma bajo esta menos sujeta a crecidas que una de misma área y mayor factor de forma):

Dónde: L: es el recorrido del cauce principal de la cuenca.

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B: ancho medio, es la división del área de la cuenca entre la longitud del cauce principal. A: área de la cuenca.

b) INDICE DE COMPACIVIDAD O DE GRAVELIUS Es la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de igual área que la cuenca, a través de la siguiente expresión:

Kc 

P 2 A

Dónde: P es el perímetro de la cuenca y A es el área. Cuanto más irregular sea la cuenca, mayor será su coeficiente de compacidad. Una cuenca circular tendrá un coeficiente de compacidad mínimo, igual a 1. Si: Cuenca regular. Cuenca irregular; si K aumenta entonces es menos susceptible a inundaciones, esto quiere decir que se trata de cuencas alargadas. 5.1.4.

RECTANGULO EQUIVALENTE

Transformación geométrica de la forma irregular de la cuenca con la forma de un rectángulo. Por lo tanto tiene:  La misma área y perímetro.  El mismo índice de compacidad.  Igual distribución de alturas.  Igual curva hipsométrica.  Igual distribución de terreno en cuanto a sus coberturas.  Las curvas de nivel se convierten en rectas paralelas al lado menor.  Tendrán el mismo perímetro. Se deberá tener, considerando L y l las dimensiones del rectángulo equivalente:

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Dónde: √

[

L = lado mayor

]

√

l = lado menor Kc = Índice de Gravelius

√

5.1.5.

[

√

A = área de la cuenca ]

PENDIENTE DE LA CUENCA

Tiene una gran importancia para el cálculo del índice de peligro de avenidas inesperadas, a través de la velocidad del flujo de agua, influye en el tiempo de respuesta de la cuenca. Tiene relación con:  La infiltración  La humedad del suelo y  La contribución del agua subterránea Es uno de los factores que controla el tiempo de escurrimiento y concentración de la lluvia en los canales de drenaje. CRITERIO DE ALVORD Está basado en la obtención previa de las pendientes existentes entre las curvas de nivel. Dividiendo el área de la cuenca, en áreas parciales por medio de sus curvas de nivel y sus líneas medias de las curvas de nivel. La pendiente de la porción de la cuenca es:

Dónde: Si = pendiente media de la faja D = desnivel entre líneas medias Wi = ai/Li ai = área de la faja (ai = Wi x Li) Li = Longitud de la curva de nivel

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Luego la pendiente ponderada de toda la cuenca será:

Como:

Entonces: Si D constante: Si D no es constante: Queda: ∑ Dónde: L=Long. Total entre las curvas de nivel D=desnivel cte. Entre curvas de nivel 5.1.6.

PERFIL LONGITUDINAL DEL CURSO DE AGUA

Si se grafica la proyección horizontal de la longitud de un cauce versus su altitud, se obtiene el perfil longitudinal del curso de agua.

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FIG.N° 04: PERFIL LONGITUDINAL DE LA CUENCA DEL RIO MAGDALENA

Importancia: 

Conocer el perfil del curso principal.



Proporciona una idea de las pendientes que tiene el cauce en diferentes tramos de su recorrido.

5.1.7.

PENDIENTE DEL CAUCE

Es un parámetro importante en el estudio del comportamiento hídrico: El Método más exacto que nos permite hallar la pendiente del cauce es: ECUACIÓN DE TAYLOR Y SCHWARS: Considera que un río está formado por n tramos de igual longitud, cada uno de ellos con pendiente uniforme.

Dónde:

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n = Número de tramos iguales. S1, S2,….Sn = pendiente de cada tramo, según S = H/L S = pendiente media del cauce



En la práctica se espera que los tramos sean de diferente longitud. En este caso recomiendan la siguiente ecuación: [

∑ ∑

] √

Dónde: S = Pendiente media del cauce Li = longitud del tramo i Si = pendiente del tramo

5.2. INTENSIDAD DE DISEÑO Para determinar la intensidad de precipitación meteorológica, para un periodo de retorno y tiempo de duración adecuado para el tipo de obra solicitado, se utilizara algunos métodos estadísticos, pero para ello podremos ver primero que la información solicitada de SENAMI se ajustan a cada uno de estos métodos. Además para obras de drenaje como badenes se recomienda trabajar con un registro de precipitación de por lo menos 25 años consecutivos. 5.2.1.

ANÁLISIS ESTADÍSTICO DE DATOS HIDROLÓGICOS

El análisis de frecuencias tiene la finalidad de estimar precipitaciones, intensidades o caudales máximos, según sea el caso, para diferentes períodos de retorno, mediante la aplicación de modelos probabilísticos, los cuales pueden ser discretos o continuos.

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En la estadística existen diversas funciones de distribución de probabilidad teóricas; las que usaremos son:  Distribución Normal  Distribución Gumbel  Distribución Log Normal 2 parámetros a) Distribución Normal La función de densidad de probabilidad normal se define como:

√ ̅ Dónde: F (Z) =Función densidad normal de la variable Z. X =Variable independiente. ̅ =Parámetro de localización, igual a la media aritmética de x. S = Parámetro de escala, igual a la desviación estándar de x. Para el cálculo de la función de la densidad normal se hace uso de la tabla de distribuciones (tabla N°01, ANEXOS). b) Distribución Log-Normal 2 Parámetros  La función de densidad se expresa como: Sí; Y=LnX

(Y es una variable aleatoria)

 La función de distribución de “Y” es:

√

̅

(

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̅

)



Dónde: F(Z) :Función densidad normal de la variable Z. Gy : Varianza de la información meteorológica. Μy

: media de la distribución Log-normal 2Parametros.

Cv

: Coeficiente de variación.

X S

: Variable independiente. : Desviación estándar de la información meteorológica.

̅

: Promedio de la información meteorológica.

Para la distribución Log-Normal también se hacen uso de la tabla de distribución normal (tabla N°01, ANEXOS). c) Distribución Gumbel La ley de Gumbel o ley de valores extremos, se utiliza generalmente para ajustar a una expresión matemática, las distribuciones empíricas de frecuencias de caudales máximos anuales, precipitaciones máximas anuales, etc.  Función acumulada reducida “Gumbel” es:

 Variable aleatoria reducida “Gumbel” es:

 Varianza de la distribución Gumbel: √  Media de la distribución Gumbel: ̅ Dónde: Y: variable de densidad de probabilidad. : Parámetro de concentración. μ: parámetro de localización. S: Desviación estándar de la información meteorológica. ̅ : Promedio de la información meteorológica.

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5.2.2.


PRUEBAS DE BONDAD DE AJUSTE SMIRNOV-KOLMOGOROV

Las pruebas de bondad de ajuste son pruebas de hipótesis que se usan para evaluar si un conjunto de datos es una muestran independiente de la distribución elegida. En la teoría estadística, la prueba de bondad de ajuste más conocida es la Kolmogorov – Smirnov. a) Prueba Kolmogorov – Smirnov Método por el cual se comprueba la bondad de ajuste de las distribuciones, asimismo permite elegir la más representativa, es decir la de mejor ajuste. Esta prueba consiste en comparar el máximo valor absoluto de la diferencia “Δ” entre la función de distribución de probabilidad observada P (x) y la estimada F (x): Δmax = máx│P(x)–F(x)│ Con un valor crítico “Δ” que depende del número de datos y el nivel de significancia seleccionado (Tabla N° 02, ANEXO). Si Δmax<Δ, se acepta la hipótesis nula. La función de distribución de probabilidad observada se calcula como: P(x) = 1– m / (n+1) Donde “m” es el número de orden de dato “X” en una lista de mayor a menor y “n” es el número total de datos. 5.2.3.

PRECIPITACION MAXIMA DE UNA ESTACION METEREOLOGICA

Se calculara la precipitación máxima para un tiempo de retorno de 50 años y un tiempo de duración de 1 hora. FORMULA DE LA PRECIPITACION ( Dónde: TR

: periodo de retorno.

23

)



: Tiempo de duración de una tormenta. : Ppt. máx. Para un t=1hora, y Tr=10 años A continuación presentamos un procedimiento para calcular la precipitación para un tiempo de duración de 1hr y un periodo de retorno de 10 años, y así determinar la precipitación para diferentes tiempos de duración. a) PERIODO DE RETORNO (TR): La fórmula que relaciona el periodo de retorno con el riesgo de falla y vida útil de la obra es: R = 1- (1-1/T)n Según el manual de carreteras de bajo volumen de tránsito, considera como tiempo de retorno de 50 años para badenes, con un riesgo de falla de 39%, para una vida útil de la obra de 25 años. b) TIEMPO DE DURACION (t) Corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de la tormenta. Aquí conviene definir el periodo de duración, que es un determinado periodo de tiempo, tomando en minutos u horas, dentro del total que dura la tormenta. Tienen mucha importancia en la determinación de las intensidades máximas. c) PRECIPITACION MAXIMA DE UNA HORA: Para determinar la precipitación máxima para una duración de una hora y un tiempo de retorno de 10 años se procede de la siguiente manera:  Primer paso: Transformamos la precipitación de una duración de 24 horas a una precipitación de una duración de una hora mediante la siguiente fórmula: Dónde: )

24



 Segundo paso: Calculamos la precipitación para una duración de 1 hora y un periodo de retorno de 10 años; de la siguiente manera:  Primero: calculamos la probabilidad de no ocurrencia para n años de vida útil de la obra es: P(X
 Segundo: Calculamos la variable densidad de probabilidad. o Para distribución normal: Con las tablas de distribución normal, conociendo F(Z), interpolando conoceremos el valor de Z: o Para distribución log-normal 2 parámetros: Con las tablas de distribución normal, conociendo F(Z), interpolando conoceremos el valor de Z: o Para distribución Gumbel: Conociendo

; entonces: (

)

 Tercero: Calculamos la precipitación, que está representado por “X o Y”, de acuerdo al tipo de distribución utilizada. o Para distribución normal:

̅

Como conocemos Z al despejar “X” se tiene: ̅

25



Dónde: Z: variable de densidad de probabilidad. S:

desviación

estándar

de

toda

la

información

meteorológica. ̅ Promedio de la información meteorológica. o Para distribución log-normal 2 parámetros: Como conocemos Z del paso anterior, despejando Y se tiene:

̅

(

̅

)

Dónde: Z: variable de densidad de probabilidad. Gy: Varianza de la información meteorológica. μy: media e la distribución Log-normal 2Parametros. Cv: Coeficiente de variación. S:

Desviación

estándar

de

la

información

meteorológica. ̅ : Promedio de la información meteorológica. o Para distribución Gumbel: Como conocemos Y, despejando Xi tenemos:

√ ̅ Dónde: Y: variable de densidad de probabilidad. : Varianza de la distribución Gumbel.

26



μ: media de la distribución Gumbel. S:

Desviación

estándar

de

la

información

meteorológica. ̅ : Promedio de la información meteorológica. 5.2.4.

INTENSIDAD MÁXIMA DE UNA ESTACION METEREOLOGICA

Es la cantidad de agua caída por unidad de tiempo. Lo que interesa particularmente de cada tormenta, es la intensidad máxima que se haya presentado, ella es la altura máxima de agua caída por unidad de tiempo. De acuerdo a esto la intensidad se expresa así:

Dónde: Imax=Intensidad máxima, en mm/hr. P=Precipitación en altura de agua, en mm. t=Tiempo en hrs. 5.2.5.

CURVAS INTENSIDAD-DURACION-PERIODO DE RETORNO UNITARIO Se desarrolla con la fórmula de precipitación antes mencionada: (

)

Para (

)

Con esta ecuación de la precipitación se grafica para diferentes tiempos de duración y considerando un periodo de retorno de 50 años que corresponde a la obra de badenes. I-D-T TABLA N° 01: INTENSIDAD MAXIMA PARA LA DURACION DESDE 5 MIN. A 2 HORAS, Y UN PERIODO DE RETORNO DE 50 AÑOS. Dt min 5 15 30 45

hr

P(mm) I (mm/h) TR = 50 años 0.41250325 4.95003895 0.75489537 3.01958148 1.02463997 2.04927993 1.20550875 1.607345

27


60 120

1 2


1.34542216 1.34542216 1.72689863 0.86344931

Presentado, ella es la altura máxima de agua caída por unidad de tiempo. De acuerdo a esto la intensidad se expresa así:

Dónde: Imax=Intensidad máxima, en mm/hr. P=Precipitación en altura de agua, en mm. t=Tiempo en hrs. a) METODO DE LAS ISOYETAS PARA PRECIPITACION E INTENSIDAD DE DISEÑO Las Isoyetas son curvas que unen puntos de igual precipitación, este método es más exacto, pero requiere de un cierto criterio para trazar el plano de Isoyetas. Se puede decir que si la precipitación es de tipo orográfico, las Isoyetas tendrás a seguir la configuración parecida a las curvas de nivel; por eso mientras mayor sea el número de estaciones dentro de la zona en estudio, mayor será la aproximación con lo cual se trace el plano de Isoyetas. En el grafico se muestra las estaciones dentro y fuera de los límites de una cuenca cualquiera.

28



Dependiendo de cada valor que tenga cada estación se construye unas curvas parecidas a las curvas de nivel, tal como se muestra a continuación:

∑

Dónde: : Precipitación media. : Área total de la cuenca. : Altura de la precipitación de las Isoyetas i : Área parcial comprendida entre las Isoyetas

29

y

.



: Número de áreas parciales. 5.2.6.

ESTIMACIÓN DE CAUDALES

Cuando existen datos de aforo en cantidad suficiente, se realiza un análisis estadístico de los caudales máximos instantáneos anuales para la estación más cercana al punto de interés. Se calculan los caudales para los períodos de retorno de interés (2, 5, 10, 20, 50, 100 y 500 años son valores estándar) usando la distribución normal, lognormal, Gumbel. Cuando no existen datos de aforo, se utilizan los datos de precipitación como datos de entrada a una cuenca y que producen un caudal Q. cuando ocurre la lluvia, la cuenca se humedece de manera progresiva, infiltrándose una parte en el subsuelo y luego de un tiempo, el flujo se convierte en flujo superficial. A continuación se presentan la metodología a utilizar: MÉTODO RACIONAL Estima el caudal máximo a partir de la precipitación, abarcando todas las abstracciones en un solo coeficiente “C” (coeficiente de escorrentía en TABLA N° 03, VER ANEXOS) estimado sobre la base de las características de la cuenca. Muy usado para cuencas, A<10 Km2. Considerar que la duración de “P” es igual a “tc”. La descarga máxima de diseño, según esta metodología, se obtienen a partir de la siguiente expresión:

Dónde: Q : Descarga máxima de diseño (m 3/s) C : Coeficiente de escorrentía (Ver Tabla Nº 08) I : Intensidad de precipitación máxima horaria (mm/h) A : Área de la cuenca (Km 2).

30



El valor del coeficiente de escorrentía se establecerá de acuerdo a las características hidrológicas y geomorfológicas de las quebradas cuyos cursos interceptan el alineamiento de la carretera en estudio.

En

virtud a ello, los coeficientes de escorrentía variarán según Dichas características. a) TIEMPO DE DURACION (Tc): Para el tiempo de duración se tomara que es igual al tiempo de concentración que se define como el tiempo mínimo necesario para que todos los puntos de una cuenca estén aportando agua de escorrentía de forma simultánea al punto de salida, punto de desagüe o punto de cierre. Fórmula para el diseño de alcantarillas en EE.UU. [

]

Dónde: Tc : Tiempo e concentración en (Hrs) L

: Longitud del cauce mayor (km)

H : Diferencia de altura entre el punto más alejado de la cuenca con el punto de salida o aforo (m).

31



A-TABLA N°02: DISTRIBUCION NORMAL

FUENTE: ESTADISTICA DESCRIPTIVA E INFERENCIAL, MANUEL CORDOBA ZAMORA.

32



A-TABLA N°03:VALORES CRITICOS DE “Δ0” DEL ESTADISTICO SMIRNOV-KOLMOGOROV “Δ”, PARA VARIOS VALORES DE “N” Y NIVELES DE SIGNIFICANCIA “α”. NIVEL DE SIGNIFICANCIA “α” TAMAÑO DE MUESTRA (N)

0.20

0.10

0.05

0.01

5

0.45

0.51

0.56

0.67

10

0.32

0.37

0.41

0.49

15

0.27

0.30

0.34

0.40

20

0.23

0.26

0.29

0.36

25

0.21

0.24

0.27

0.32

30

0.19

0.22

0.24

0.29

35

0.18

0.20

0.23

0.27

40

0.17

0.19

0.21

0.25

45

0.16

0.18

0.20

0.24

50

0.15

0.17

0.19

0.23

√

√

√

N>50

√

Fuente: Aparicio, 1999.

A-TABLA N° 04:COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA MÉTODO RACIONAL PENDIENTE DEL TERRENO COBERTURA VEGETAL

Sin vegetación

Cultivos

Pastos, vegetación ligera

Hierba, grama

Bosques, densa vegetación

PRONUNCIADA

ALTA

MEDIA

SUAVE

DESPRECIABLE

> 50%

> 20%

> 5%

> 1%

< 1%

Impermeable

0,80

0,75

0,70

0,65

0,60

Semipermeable

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

Permeable

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

Impermeable

0,70

0,65

0,60

0,55

0,50

Semipermeable

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

Permeable

0,40

0,35

0,30

0,25

0,20

Impermeable

0,65

0,60

0,55

0,50

0,45

Semipermeable

0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

Permeable

0,35

0,30

0,25

0,20

0,15

Impermeable

0,60

0,55

0,50

0,45

0,40

Semipermeable

0,50

0,45

0,40

0,35

0,30

Permeable

0,30

0,25

0,20

0,15

0,10

Impermeable

0,55

0,50

0,45

0,40

0,35

Semipermeable

0,45

0,40

0,35

0,30

0,25

Permeable

0,25

0,20

0,15

0,10

0,05

TIPO DE SUELO

33



VI. DISEÑO HIDRÁULICO Para el diseño hidráulico se idealizará el badén como un canal trapezoidal con régimen uniforme. Este tipo de flujo tiene las siguientes. a) La profundidad, área de la sección transversal, velocidad media y gasto son constantes en la sección del canal. b) 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.

6.1

CONSIDERACIONES GENERALES PARA EL DISEÑO

6.1.1. MATERIAL SÓLIDO DE ARRASTRE 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. Debido a que el material sólido de arrastre constituido por lodo, palizada u otros objetos flotantes, no es posible cuantificarlo, se debe recurrir a la experiencia del especialista, a la recopilación de antecedentes y al estudio integral de la cuenca, para lograr un diseño adecuado y eficaz.

6.1.2. PROTECCIÓN CONTRA LA SOCAVACIÓN Es importante que el badén proyectado cuente con obras de protección contra la socavación, a fin de evitar su colapso. Según se requiera, la protección debe realizarse tanto aguas arriba como aguas abajo de la estructura, mediante la colocación de enrocados, gaviones, pantallas de concreto u otro tipo de protección contra la socavación, en función al tipo de material que transporta el curso natural. Asimismo, 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

34



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. En la FIG Nº 01, se aprecia una sección típica de badén con protección tanto en la entrada como en la salida.

IMAGEN 4: SECCION TIPICA DE BADEN CON PROTECCION TANTO EN LA ENTRADA COMO EN LA SALIDA.

6.1.3. 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.

6.1.4. 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%.

35



6.1.5. BORDE LIBRE El diseño hidráulico del badén también debe contemplar mantener un borde libre mínimo entre el nivel del flujo máximo esperado y el nivel de la superficie de rodadura, a fin de evitar probables desbordes que afecten los lados adyacentes de la plataforma vial. 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. 6.2.

DATOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO.

Las investigaciones necesarias se centran en tres aspectos fundamentales:  Topografía del cause  Geotecnia del sitio  Estimación de caudales máximos. La topografía consiste en la planimetría del sector, un perfil transversal y uno longitudinal; levantamiento este que deberá cubrir un área comprendida como mínimo entre 100 metros aguas arriba y 100 metros aguas abajo del eje del camino y un ancho, a partir de ambas márgenes; que permita un conocimiento detallado del sector. El estudio geotécnico se deberá centrar en las características del terreno de fundación y de las márgenes del rio o quebrada. La estimación de caudal es máximos deberá incluir un análisis de los materia les de arrastre y la morfología del cauce.

36



Ilustración del área que debe cubrir el levantamiento topográfico

6.3. 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.

37



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:

Donde: Q

: Caudal (m3/s)

V

: Velocidad media de flujo (m/s)

A

: Área de la sección hidráulica (m2)

P

: Perímetro mojado (m)

R

: Radio hidráulico (m)

S

: Pendiente de fondo (m/m)

n

: Coeficiente de Manning (Ver Tabla Nº 09)

Secciones más comunes empleadas en la planificación de badenes. TABLA 01: RELACIONES DE LAS SECCIONES TRANSVERSALES MÁS FRECUENTES

6.4. CRITERIOS DE DISEÑO A continuación se hace una discusión por separado de los diferentes factores que se deben tener en cuenta en un diseño, aunque el diseño final, se hará comparando las diferentes posibilidades y el resultado será siempre una solución de compromiso, porque nunca se podrán eliminar todos los riesgos y desventajas, únicamente se asegurara que la influencia negativa sea al menor posible y que las solución técnica propuesta no sea prohibida debido a los altos costos.

38



6.4.1. 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.

6.4.2. 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. 6.4.3. Velocidad media. Es constante en la sección del badén. V=Q/A

6.4.4. Borde libre. No existe ninguna regla fija que se pueda aceptar universalmente para el cálculo de borde libre, debido que la fluctuación de la superficie del agua en un canal, se puede originar por causas incontrolables. El BUREAU OF RECLAMATION recomienda estimar el borde libre con la siguiente fórmula: √

39



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). 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=f²a² f=flecha a = L/ 2 L= Cuerda

40



El ancho de la plataforma es función del ancho de la vía (4,6u8metros)y el espesor se debe determinar en función de las cargas y de la calidad del terreno de fundación (en la práctica se recomienda un espesor no menor a 20cm). Diseño del Muro de Pie. Su altura depende del terreno de fundación y del caudal de la crecida de diseño, para lo cual se analizara la socavación que produce el salto del agua. En este sentido se deberá estudiar el perfil del cauce, considerando la pendiente, la potencialidad erosiva y la altura máxima de socavación. El cálculo de la altura de socavación puede ser realizado mediante la fórmula experimental de Veronece: 0.225

d = 1.9·h

·q

0.54

d = Profundidad de socavación en metros h= diferencia de niveles de agua en metros q =Q/Lv-Caudal por metro de vertedero en [m3/seg]/m Q = caudal de diseño en m3/seg Lv= Longitud del vertedero

41



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 socavación. Se recomienda la implementación del voladizo para badenes mixtos o cuando el suelo de fundación es susceptible a una profundidad de socavación de gran magnitud y el arrastre del material no sea grueso. Para un suelo de fundación clasificado como roca blanda, la longitud del voladizo puede ser de 0.50m., para aluvión deberá tener un mínimo de 1.00m. Muros de Cabezal. La altura de los muros de cabezal sobre la plataforma está determinada por el caudal y la longitud del vertedero formada por estos muros. De la fórmula del vertedero de pared gruesa: Q = 1.71·Lv·Y3/2 Obtenemos el tirante normal, a la entrada del badén: Y = [Q/ (1.71·Lv)]2/3 El área hidráulica a la salida del badén: A= R²·atan [0.5·Lv/ (R-f)]-Lv·[0.5·(R f)–(Y- f)]

42



La velocidad del caudal a la salida del badén: V=Q/A Finalmente, la altura del cabezal sobre el badén será: Hc= 0.67·Y+V²/2·g+ 0.10m Se recomienda una altura máxima de 1.00m,su longitud se determina en función a la pendiente y al tipo de terreno de las márgenes. Eventualmente, la altura de los muros de cabezal sobre la plataforma puede ser sobre pasada y el rebalse puede producir un salto en las márgenes del rio o quebrada, por lo que se recomienda disponer de medidas de protección, como ser; empedrado u otras que disminuyan la socavación de las márgenes.

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 más 20 a 30cm. Aspectos constructivos La plataforma puede conformarse mediante una carpeta de hormigón simple sobre empedrado, sobre el cual se vacía la losa de hormigón. Esta losa debe contar con juntas de dilatación en sentido transversal del badén cada 2 a 3 metros.

43



El material utilizado para la plataforma es generalmente hormigón simple con una resistencia cilíndrica mínima de 180 kg/cm2 a los 28 días. El espesor mínimo de la capaderodaduraesde20cm. Para el curado se recomienda colocar una capa de arena de aproximadamente 10 cm. de espesor, la cual deberá ser humedecida durante los 15 días posteriores al vaciado. En badenes reforzados, la capa de rodadura de gran espesor se logra construyendo bloques de hormigón ciclópeo (concreto) los que deberán ser de 2 a 3 metros; coincidiendo esta separación con las juntas de dilatación. Las superficies de piedra embebida en el hormigón, se adoptan para badenes en cauces con arrastre de sedimentos gruesos de gran dimensión (piedras y/o rocas). El material para la construcción del Muro de Pie, preferiblemente debe ser de hormigón ciclópeo; quedando a criterio del ingeniero la adopción de otro material, dependiendo de las condiciones del suelo de fundación y de las características del cauce del rio o quebrada. Para los casos en que el suelo de fundación es roca, se recomienda extraer una capa de por lo menos 20cm de espesor (superficie meteorizada),o hasta encontrar la roca sana para garantizar un buena adhesión del Muro de Pie a la roca. Para los Muros de Cabezal se recomienda que estos monten sobre la losa en una longitud de 0.50m., formando de esta manera el vertedero para la descarga del caudal de diseño. Debido al posible asentamiento del Muro de Pie, se puede disponer de armadura que absorba los esfuerzos en la unión del Muro de Cabezal con el Muro de Pie. Los Muros de Cabezal deberán ser cubiertos por los terraplenes de acceso al badén, en una longitud de aproximadamente 1.0 m., tratando de que la geometría del badén y el terraplén permitan la comodidad de acceso de los vehículos, además de establecer una sección regular para la ampliación del área de descarga de caudales superiores al caudal de diseño.

44



El voladizo deberá presentar una inclinación del orden del 10% y en los casos de badenes de gran longitud, se deberá ejecutar con fuerte pendiente para evitar que las ruedas de los vehículos monten, ya que el diseño no prevé las cargas de tal magnitud. VII.

MATERIALES E INSUMOS: 7.1. GAVIONES 7.1.1. TRIPLE TORSIÓN A. DESCRIPCIÓN: Caja de forma prismática (paralelepípedos) rectangular, construidas con malla metálica de celdas hexagonales de Triple Torsión, confeccionada con alambre galvanizado Galfan® (en función de las necesidades constructivas puede estar recubierto de PVC), para ser llenadas con piedra u otros materiales mampuestos de forma homogénea, tensadas y unidas entre sí con alambre para así trabajar de forma monolítica como estructura de contenido y/o protección. Estas estructuras son de extremada resistencia, ya que al no permitir la acumulación de presiones hidrostáticas, (ya que son totalmente permeables y permiten ser atravesadas por el agua) alivian las importantes tensiones que se acumulan en el trasdón de los muros de tipo tradicional, debido a esta característica pueden tener su base incluso bajo el nivel freático siempre que este sea de carácter portante. Asimismo debido a su gran flexibilidad soportan movimientos y asientos deferenciales sin pérdida de eficiencia. Además este tipo de estructuras se integran con gran facilidad dentro del paisaje ya que permiten el desarrollo de la vegetación reduciendo así en gran medida el impacto medioambiental en los mismos B. COMPOSICIÓN Malla de 8x10 con alambre de 2,70 mm de diámetro, malla de 8x10 con alambre de 2,70 mm de diámetro + P.V.C., opcional malla de 5x7 con alambre de 2 mm de diámetro. Todos los alambres son galvanizados Galfan® (Zn95AI5 y unas adiciones de Lantanio y Cerio). El espesor mínimo

45



de recubrimiento Zn95AI5 es de 245 g/m2 para el diámetro de 2,70 mm y de 214 g/m2 para el diámetro de 2 mm. C.

CARACTERÍSTICAS DEL GAVIÓN TRIPLE TORSIÓN o Alambre suave; para el mejor manejo del producto. o Triple torsión; que garantiza mayor resistencia en el gavión. o Galvanizado clase III y su recubrimiento de PVC, que lo ayuda contra la corrosión.

D. VENTAJAS o Flexible o Resiste los golpes y los embates del agua. o Permeable. o Ecológico, ya que se rellena con piedras. o Económico, si se compara contra obras de mampostería o concreto. o Es muy fácil de instalar. o Sin cimentación o Entrega inmediata o Ejecución por fases o Entra en carga de forma inmediata E. NORMAS Los gaviones cumplen la norma UNE36730 "Gaviones y Gaviones Recubrimiento de enrejados de malla hexagonal de alambre de acero galvanizado y recubrimiento de PVC" y UNE-EN 10223-3 "Malla hexagonal de acero para aplicaciones industriales". El alambre es galvanizado con Zn95AI5 según la norma UNE-EN-10244.

46


7.1.2. INSTALACIÓN DE GAVIONES A. ACCESORIOS DE SEGURIDAD o

Casco protector:

o

Lentes de seguridad:

o

Overol de trabajo:

o

Chaleco de seguridad:

o

Guantes de carnaza:

o

Botas de seguridad:

B. HERRAMIENTAS o

Pinzas de electricista:

47



o

Cizalla #12: para cortar

o

Cimbra de madera o metálica:

o

Alambre galvanizado suave calibre 13.5:

C.


PROCESO DE INSTALACION: o

PRIMER PASO: Cierre o delimitación de la zona de trabajo; para evitar accidentes, esta delimitación deberá comprender una amplia zona para la seguridad del trabajador.

o

SEGUNDO PASO: Se localiza el lugar donde se hará la excavación y con la maquinaria necesaria se hace la excavación o retiro de material.

48


o


TERCER PASO: Apisonamiento del suelo para que este quede sin ningún relieve y cuidando la liberación para que se pueda instalar el gavión.

o

CUARTO PASO: Armado de gaviones, los cuales vienen en empaques desde fabrica para su fácil manejo. El gavión se desdobla en el lugar y se comienza el armado del mismo

o

QUINTO PASO: Ajustar las paredes del gavión para que no presente ni un solo abombamiento en la estructura de sus paredes.

o

SEXTO PASO: el gavión cuenta con unos alambres en el extremo de sus aristas, que nos permite unir todas las paredes y que quede como un contenedor de maya

49


o


SEXTO PASO: Después se toma el alambre suave para amarre y se corta 160 cm por cada metro lineal de gavión para así hacer el amarre de las aristas. El amarre inicial se hace un nudo sencillo para comenzar el engranado del gavión.

Después del amarre inicial se procede a hilvanar (traslapar) hexágono por hexágono, a todo lo largo de las aristas y tomando en cuenta que se va a hacer un doble nudo a 30 cm y a 60 cm de la base del gavión para continuar con el sentido de la triple torsión, al final del hilvanado o hilado se tiene que hacer un doble nudo para asegurar todo el amarre que se hizo sobre las aristas del gavión

o

SETIMO PASO: después de terminado el amarrado de varios gaviones, estos se posicionan en línea, asegurando que queden alineados y unidos entre si

50


o

o


OCTAVO PASO: luego amarramos los gaviones entre ellos y para asegurarlo utilizamos el alambre suave para amarres en cortes de 50 a 60 cm, que servirán como grapas para hacer las uniones entre ellos.

Estas grapas al igual que los nudos hecho anterior mente, tienen que ir al inicio del gavión, luego a cada 30 cm y para terminar al final del gavión, para asi asegurar la unión entre gaviones y armarlo; este proceso se lleva a cabo en toda la fila de gaviones que se vayan a construir NOVENO PASO: después de terminar los amarres de los gaviones entre sí, proseguimos a amarrar una simbra que puede ser metaliza o de madera.

51



Estacimbra nos permite mantener la línea y la estética del gavión a la hora del llenado con la piedra

o

DECIMO PASO: después de colocar bien la cimbra se procede con el llenado con roca lo cual deberá ser roca sana, con una granulometría de 4 a 8 pulgadas con un peso específico de 2 ton/m3,

Se aconseja tener la piedra de relleno al pie de la obra para facilitar el trabajo, el llenado puede ser totalmente manual o puede ser ayudado de manera mecánica, en el llenado se debe tener cuidado de dejar la menor cantidad de huecos posibles

52



Al ir a 1/3 y 2/3 del llenado del gavión se colocan los tensores por dentro del gavión para darles mayor rigidez a la estructura en su llenado

Al terminar el llenado del gavión se procede al cerrado de la tapa que consiste en el mismo sistema de hilvanado de las aristas, haciendo un nudo inicial después de cada 30 cm del gavión y así consecutivamente hasta llegar al final asegurando con un doble nudo para asegurar correctamente el cerrado del gavión

De esta manera así terminamos con el armado del gavión, dejando una estructura única y sólida. D. RENDIMIENTO Un buen rendimiento promedio puede estar entre los 20.00 m³ /diarios de gavión con una cuadrilla de 25 personas.

Descripción Und. Gaviones Tipo Caja

M3

Peso (Kg/u) 30.00

Procedencia Precio Flete lima

53

72.82

2.82

Almacena. 2%

Precio en obra

1.46

77.1


VIII.


DISEÑO ESTRUCTURAL: 8.1. DISEÑO ESTRUCTURAL GENERAL: Un badén es una obra de arte formando generalmente por una losa de concreto, dentellones (uñas) y un enrocado. El análisis y procedimientos de diseño de la losa de concreto está basado sobre formulas conocidas avaladas por estudios técnicos, ensayados en laboratorio sobre losas a escala natural y el comportamiento de losas existentes, pero para pavimentos rígidos, debido que no se cuenta con bibliografía especializada para el diseño de badenes. a) Sección transversal. La sección del badén se considera el mismo ancho de la vía. Para mantener la geometría de la carretera con respecto a la superficie de rodadura. Para determinar el espesor de la losa de concreto existen varias fórmulas de diversos investigadores, tales como:  La fórmula propuesta por el Dr.Westergaard, para el caso critico de esquinas, que es la que más nos interesa: √

(

)

En el que: S= Esfuerzo provocado en la losa por la carga P, en Kg/m2. P= Carga en Kg que se aplica en al esquina de la losa. a= Radio del circulo de área equivalente al área carga, en cm. L= Radio de rigidez relativa entre losa y subrasante, en cm. Y que vale.

√ √ E= Modulo de elasticidad del concreto en Kg/cm2. U= Coeficiente de Poisson para el concreto con un valor medio de 0.15. K= Modulo de reacción de la subrasante en Kg/cm2. Fig. 2.1

54



 La fórmula propuesta por el Dr. Gerald Pickett, físico investigador de la Asociación del cemento portland de EE.UU, que es:

√

Cuyas literales indican lo mismo que en la fórmula del Dr. Westargaard. Además se han propuesto otras formulas tales como:  La fórmula propuesta por royal D. Bradbury que es:

 La fórmula propuesta por E. F. Kelley, que es.

√

Siendo las formulas anteriores (Westergaard, Bradbury, Kelly y Pickett) algo laboriosas, se han preparado gráficos que sirven para facilitar su empleo. El espesor de la losa del badén se ha calculado con ayuda del grafico de Fig. 2.2 que proporciona el espesor de la losa en función de las cargas por eje simple y el modulo de reacción K de la subrasante. Los valores representados en este grafico están determinados para una tensión admisible de flexión (modulo de rotura) σf=25 Kg/cm2, figura además un grafico complementario que relaciona espesores y tensiones de flexión para cualquier modulo de rotura del concreto.

55



b) Factor de Seguridad. Anterior mente se consideraba que era necesario aumentar en un 20% el valor de las cargas par el diseño con el fin de considerar el efecto del impacto. Sin embargo las comprobaciones y ensayos de laboratorio demuestran que las tensiones producidas por las cargas móviles de los vehículos son menores que las ocasionadas por las cargas móviles de los vehículos son menores que las ocasionadas por las cargas estáticas de igual magnitud, esto hace que tenga sentido afectar a las primeras por el factor de impacto. Sin embargo convienen tener en cuenta, similarmente a lo establecido para el cálculo de otras estructuras, un factor de seguridad para las cargas se recomienda el uso de los siguientes factores de seguridad.  En vías con alto volumen de tráfico pesado es: 1.20.  En vías con un moderado volumen de tráfico pesado: 1.10.  En calles colectoras y locales con reducido volumen de tránsito pesado: 1.00. c) Dentellones La función de los dentellones es aumentar la seguridad de la estructura contra el deslizamiento. El dimensionamiento de ellos sea hecho de acuerdo al perfil del terreno y perfil de la sub rasante. d) Enrocado. El enrocado tiene por finalidad evitar la socavación y erosión de la estructura. Se debe dimensionar el enrocado. Tanto aguas arriba como abajo para mantener la misma dimensión de las bermas de carreta. Podemos utilizar los siguientes materiales:

56



e) Cargas que actúan. Un badén está sujeto a las cargas siguientes:  Cargas debido al Peso Propio. Esta carga se puede determinar conociendo al sección trasversal del badén y el espesor de la losa de concreto.  Carga Hidrostática. La carga producida por el peso del agua sobre la estructura y que está en función del tirante de agua considerada.  Cargas de Tránsito. L a carga de tránsito, que se considera para el diseño de un pavimento rígido es la carga de diseño de un pavimento rígido es la carga de diseño (para el proyecto C3).  Cargas originada por el agua de filtración (Sub-Presión). Es la fuerza originada por el agua de filtración, actuando sobre la base de las estructuras de abajo hacia arriba. La supresión, es un factor digno de tomarse en consideración en el diseño de obras hidráulicas, ya que frecuentemente es causa de falla. Uno de los medios para calcular la supresión es el uso de la red de flujo. En sustitución de la red de flujo, puede usarse para el mismo objeto, la TEORIA DE BLIGH, generalmente aceptada para fines prácticos. Bligh, estable que el recorrido de filtración está determinado por el plano de contacto entre la estructura y el terreno. Esta teoría está basada, en algunos experimentos realizados para tal objeto. Hay algunas otras teorías relativas a este tema, pero en general es la de Bligh la que más facilidad presenta para el cálculo de al supresión en un punto cualquiera.

57



La longitud del recorrido de filtración, según Bligh, debe calcularse por medio de la ecuación. L=C*h En donde: L= Longitud del recorrido e filtración C= Coeficiente de filtración que depende de la clase de terreno. h=Desnivel entre la superficie del agua, aguas arriba y la superficie aguas abajo. CUADRO N° 01: VALORES DE COEFICIENTE DE FILTRACION VALORES DE C CLASE DE MATERIAL Limo arena muy fina

18

Arena fina

15

Arena de granos grueso

12

Grava y arena

09 06-04

Cascajo, con grava y arena

FUENTE: VIAS DE COMUNICACIÓN – CRESPO VILLALAZ

f) Subrasante. Como consecuencia de su rigidez, la losa de concreto tiene considerable resistencia a la flexión y alta capacidad para distribuir cargas. Las presiones sobre el suelo o material debajo de la losa de concreto, son muy pequeñas por la distribución de las cargas sobre una amplia superficie. Por esta razón puede esperase un buen comportamiento del pavimento para transito construido sobre el suelo del lugar. Para asegurar el comportamiento satisfactorio del pavimento de concreto, es necesario que el suelo de la subrasante posea características y densidad uniforme, es decir soporte uniforme. Con una razonable uniformidad de la subrasante y previniendo los cambios volumétricos de los suelos de logra una superficie adecuada para la losa de concreto. El soporte que la subrasante presta a la losa de concreto se expresa con el valor del modulo de reacción “K” de la subrasante y puede ser determinado

58



mediante ensayos de carga en el terreno o por correlación con valores soportes establecidos mediante otros ensayos. El modulo de reacción “K” expresa la resistencia del suelo de la subrasante a ser penetrado por efecto de la flexión de las losas y se mide por la presión necesaria para producir una para producir una penetración unitaria, siendo la unidad de medida Kg/cm2/cm ó kg/cm´. Para los técnicos familiarizados con el método de ensayo de la relación soporte de California (C.B.R) y “K”. Para el diseño de los pavimentos urbanos suelen usarse los siguientes valores del modulo “K” de la subrasante, que se detallan en el siguiente cuadro. CUADRO N° 02: MODULO “K” DE LA SUBRASANTE K Tipo de suelo Comportamiento 2.8

Limo y Arcilla

Satisfactorio

5.5

Arenoso

Bueno

8.3

Grava arenosa

Excelente

Fuente: vías de comunicación – CRESPO VILLALAZ

g) Calidad del concreto. La elección los materiales y su dosificación para concreto tiene por fin obtener durabilidad satisfactoria para las condiciones de servicio previsto y resistencia a la flexión deseada. Considerando que las tensiones criticas en el pavimento de hormigón. Son las de flexión se utiliza para su diseño este tipo de resistencia, expresada por un modulo de rotura (σf). En años recientes se ha establecido como medida de la resistencia atracción el concreto el resultado del ensayo llamado Cilindro Hendido (fćh). Parece que una estimación razonable de la resistencia en cilindro hendido es.

(√

)

(√

) Para concreto de arena y Grava.

(√

)

(√

) Para concreto ligeros.

59



La verdadera resistencia a tracción f´t parece ser: f´t =0.50fćh La resistencia de tracción por flexión σf (modulo de rotura) es: σf = 1.25fćh a 1.75 fćh. Siendo los más pequeños de los coeficientes anteriores aplicables para concretos de alta resistencia (concreto pretensado y pos tensado de 350 a 420 Kg/cm2) y los coeficientes mayores aplicables para concreto de resistencia inferior. h) Tipo y Distribución de juntas. h.1. Juntas de Contracción El propósito de la junta de contracción es disminuir los esfuerzos de tracción que se originan cuando la losa se contrae, produciendo un adecuado agrietamiento controlado en la losa bajo sus cortes. Con este propósito la separación entre juntas deben cumplir las siguientes recomendaciones: Smáx. = 24 d=4.56 m (entre juntas transv.), d: espesor de losa Smáx.=5.00m. (Entre juntas transv.) 3.00m≤ S ≤ 4.50m (entre juntas longitudinales) 0.71 ≤ largo/ancho ≤ 1.4. La profundidad de la junta debe ser aproximadamente de ¼ del espesor de la losa. h.2. Barras de Unión. Las barras de unión o conectores son varillas de acero corrugado y se colocan en las juntas longitudinales. Están diseñadas para mantener firmemente unidas las caras de losas colindantes soportando las fuerzas

60



máximas de fricción entre la losa rígida y terreno de soporte. No actúan como dispositivos de transferencia de carga. Las dimensiones recomendadas están dadas en la siguiente Tabla: Tabla 5.- Dimensiones y espaciamientos recomendados de barras de unión. Espesor de Pavimento

Distancia al extremo libre (L)

Tamaño de Varilla (cm)

305 cm.

366 cm.

427 cm.

732 cm.

5”

1.27*61

76 cm

76 cm

76 cm

71

5.5”

1.27*64

76 cm

76 cm

76 cm

64

6”

1.27*66

76 cm

76 cm

76 cm

58

6.5”

1.27*69

76 cm

76 cm

76 cm

53

7”

1.27*71

76 cm

76 cm

76 cm

51

7.5”

1.27*74

76 cm

76 cm

76 cm

46

8”

1.27*76

76 cm

76 cm

76 cm

43

8.5”

1.27*79

76 cm

76 cm

76 cm

41

9”

1.59*79

91cm

91cm

91cm

61

9.5”

1.59*76

91cm

91cm

91cm

58

10”

1.59*81

91cm

91cm

91cm

56

10.5”

1.59*84

91cm

91cm

91cm

53

11”

1.59*86

91cm

91cm

91cm

51

11.5”

1.59*89

91cm

91cm

91cm

48

12”

1.59*91

91cm

91cm

91cm

46

(pulg)

Para un cálculo más preciso la cantidad de acero debe satisfacer la siguiente relación:

Donde: =2400 kg/cm3 (peso el concreto) L= distancia al borde libre sin barras. = fricción entre la losa y terreno de soporte de grava.

61



= esfuerzo permisible en el acero. h=espesor de losa. Separación entre barras:

LONGITUD DE BARRA La longitud de barra de unión (lb), está determinada por la siguiente expresión:

Donde = esfuerzo permisible en el acero. =350psi = 24.61 kg/cm2 (Esfuerzo permisible adherencia) d=diámetro de barra. IX.

CONCLUSIONES  En el diseño de badenes es la solución más adecuada y económica que una alcantarilla o un puente cuando se trata de cauces que pasan al mismo nivel de la rasante de la carretera.  Generalmente el diseño de badenes se da en cauces efímeros, en cuencas pequeñas donde no habrá información hidrológica adecuada, y es por esto que la salida al campo viene a tener mayor importancia.  En el diseño de badenes, considerando que generalmente se da en cuencas pequeñas es preciso mencionar que el método utilizado para la estimación del caudal de diseño se utiliza el método racional.  Todo badén debe contar con obras de protección contra la socavación, a fin de evitar su colapso. Según se requiera, la protección debe realizarse tanto aguas arriba como aguas abajo de la estructura, mediante la colocación de enrocados, gaviones, pantallas de concreto u otro tipo de protección contra la socavación, en función al tipo de material que transporta el curso natural.

62



 Par realizar su diseño hidráulico es muy importante contar con el estudio de hidrología, con el cual se determina su caudal máximo de diseño.  Par realizar un diseño estructural de un badén, nos basamos a la norma RNE que rige para la construcción de losas de concreto, ya que no contamos con una norma especificada para badenes.  Todo badén construido debe llevar obligatoriamente señalización especificando el tirante máximo de agua.  De acuerdo a un ejemplo estimamos un costo aproximado de un badén en tramo recto de dimensiones de 20m x 5.5m está alrededor de los S/ 12, 226.83 nuevos soles, de una superficie de rodadura de concreto y protección de enrocado a la entrada y salida del cauce.

63


X.


ANEXOS: 10.1. ANALISIS DE PRESUPUESTO PARA UN BADEN DE CONCRETO DE 20m DE LARGO POR 5.5 m DE ANCHO.  METRADO. 07.00.00

BADENES

07.01.00

TRAZO Y REPLANTEO PARA BADEN (M2)

OBRA DE ARTE

LARGO

ANCHO

SUB. TOTAL

TOTAL

20

5.5

110

110

BADEN RECTO DE 20m KM 0+660 07.02.00

EXCAVACION PARA BADEN (A MANO) (M3)

OBRA DE ARTE

LARGO

ANCHO

PROF.

CANT.

TOTAL

KM 0+660

20

5.5

0.2

1

22

UÑA LONGITUDINAL

20

0.45

0.3

1

2.7

UÑA TRANSVERSAL

5

0.45

0.3

1

0.675

BADEN RECTO DE 20m

25.375 07.03.00

ELIMINACION DE MATERIAL C/CARG. FRONT. NORMAL.(M3)

BADEN RECTO DE 20m

V.EXCAV.

% ESPNJ.

CANTIDAD

VOLUMEN A ELIMINAR

25.375

25

31.71875

07.04.00

CONCRETO f'c=140 kg/cm2 LONGITUD DE PROTECCIÓN (Ent. Y Sali.)

OBRAS DE ARTE BADEN RECTO DE 20m

LARGO

ANCHO

PROF.

CANT.

SUB TOTAL

20.00

1.20

0.20

1.00

4.8

TOTAL 07.05.00

4.8 CONCRETO f'c=210 Kg/cm2

OBRAS DE ARTE

LARGO

ANCHO

PROF.

CANT.

SUB TOTAL

BADEN RECTO DE 20m

20

5.5

0.2

1

22

UÑA LONGITUDINAL

20

0.45

0.3

1

2.7

UÑA TRANSVERSAL

5

0.45

0.3

1

0.675

TOTAL 07.06.00

25.375 ENCOFRADO Y DESENCOFRADO (M2)

OBRAS DE ARTE

LARGO

ANCHO

PROF.

CANT.

SUB TOTAL

LONGITUDINAL

20

5.5

0.2

1

22

TRANSVERSAL

5.5

0.2

6

1

6.6

BADEN RECTO DE 20m

TOTAL 07.07.00

28.6 BARRAS DE UNION O CONECTORES DE ACERO (KG)

UBICACIÓN DE LA PIEZA ELEMENTO

PIEZAS POR ELEM.

DESCRIPCION DE LA PIEZA

LONG.PARC. TOTAL LONG.

CANT.

DISTRI.

TOTAL

FORMA

LONG.

Ɵ1/2"

BARRA LONG.

5

Ɵ1/2"

5

-

0.61

15.25

BARRA TRANS.

5

Ɵ1/2"

10

-

0.61

30.5

45.75

PESO TOTAL

58.1025

PESO Kg/m

1.27

64

Ɵ1/2"

UNIVERSIDAD NACIONAL PEDRO RUIZ GALLO Facultad de Ingeniería Civil, Sistemas y Arquitectura 07.08.00


JUNTAS DE DIALTACIÓN EN BADENES (ML)

OBRAS DE ARTE

LARGO

ANCHO

4

CANT.

SUB TOTAL

5.5

-

0.2

1

1.1

BADEN RECTO DE 20m TOTAL

1.1

 ANALISIS DE COSTOS UNITARIOS 07.01.00

TRAZO Y REPLANTEO PARA BADEN

Rendimiento

250 KG/DIA

Descripsión Insumo

Costo unitario directo por : M2 Unidad

Cuadrilla

3.21903

Cantidad

Precio

Parcial

Mano de Obra OPERARIO

HH

0.032

15.14

0.48448

OFICIAL

HH

0.032

13.16

0.42112

PEON

HH

0.064

11.86

0.75904 1.66464

Materiales CLAVOS PAR MADERA C/C 3/4"

KG

0.040

3.24

0.12960

ACERO CORRUGADO 3/8"

KG

CEMENTO PORTLAND TIPO I (42.5 KG)

BOL

0.012

2.67

0.03204

0.016

17.778

0.28445

TEODOLITO

HM

0.008

10

0.08000

HORMIGON (PUESTO EN OBRA)

M3

0.005

40

0.20000

TIZA

BOL

0.010

6.63

0.06630

P2

0.010

5.16

0.05160

MADERA TORNILLO CEPILLADA

0.84399 Equipos NIVEL

HE

07.02.00 Rendimiento

0.080

8.88

0.71040

Costo unitario directo por : M3

0.93969

EXCAVACIÓN MANUAL PARA BADENES 3.000

M3/DIA

Descripción Insumo

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

CAPATAZ

HH

0.1

0.032

16.65

0.5328

PEON

HH

1

0.032

11.86

0.37952

Mano de Obra

0.91232 Equipos HERRAMIENTAS MANUALES

%MO

0.030

0.91232

0.02737 0.02737


ELIMIN. MATERIAL C/CARG.FRONTAL NORMAL "C" 100.000

M3/DIA

Descripción Insumo


10.37831

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

HH

0.33

0.0266

11.86

0.315476

0.030

0.315476

0.00946

Mano de Obra PEON Equipos HERRAMIENTAS MANUALES

%MO

CAMINON VOLQUETE 6*4 330 HP 10M3

HM

1.00

0.049

173.33

8.49317

CARGADOR S/LLANTAS 125 HP 2.5 YD3.

HM

1.00

0.01

156.02

1.56020

65


Curso: CAMINOS II TEMA: ESTUDIO DE BADENES 10.06283


CONCRETO Fć=140 KG/CM2 PARA PROTECCIÓN 18.000

M3/DIA

Descripción Insumo


263.33115

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

CAPATAZ A

HH

0.10

0.444

19.68

8.73792

OPERARIO

HH

2.00

1.333

15.14

20.18162

OFICIAL

HH

1.00

1.333

13.16

17.54228

PEON

HH

8.00

2.667

11.86

31.63062

Mano de Obra

78.09244 Materiales CEMENTO PORTLAND TIPO I (42.5KG)

BOL

7.000

17.778

124.44600

ARENA

M3

0.480

35

16.80000

GRAVA

M3

0.690

35

24.15000

AGUA

M3

0.190

16.96

3.22240 168.61840

Equipos HERRAMIENTAS MANUALES

%MO

VIBRADOR DE CONCRETO 4 HP 1.35" MEZCLADORA 11P3

CONCRETO

TAMBOR

18HP

0.030

168.6184

5.05855

HM

1.00

0.444

3.41

1.51404

HM

1.00

0.444

22.63

10.04772 16.62031


CONCRETO Fć=210 KG/CM2 PARA BADEN 16.000

M3/DIA


Descripsión Insumo

300.77777

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

CAPATAZ A

HH

0.10

0.5

19.68

9.84

OPERARIO

HH

2.00

1.5

15.14

22.71

OFICIAL

HH

2.00

1.5

13.16

19.74

PEON

HH

6.00

3

11.86

35.58

Mano de Obra

87.87 Materiales CEMENTO PORTLAND TIPO I (42.5KG)

BOL

8.500

17.778

151.11300

ARENA

M3

0.470

35

16.45000

GRAVA

M3

0.670

35

23.45000

AGUA

M3

0.180

16.96

3.05280 194.06580


%MO

VIBRADOR DE CONCRETO 4 HP 1.35" MEZCLADORA 11P3

CONCRETO

TAMBOR

0.030

194.0658

5.82197

HM

1.00

0.5

3.41

1.70500

HM

1.00

0.5

22.63

18HP 11.31500 18.84197

66


07.06.0 Rendimiento


ENCOFRADO Y DESENC. PARA BADENES 15.000

M2/DIA

Descripción Insumo


83.39200

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

OPERARIO

HH

1.00

0.533

15.14

8.06962

OFICIAL

HH

1.00

0.533

13.16

7.01428

PEON

HH

1.00

1.067

11.86

12.65462

Mano de Obra

27.73852 Materiales ALAMBRE NEGRO N°16

KG

0.2

2.95

0.59

CLAVOS PAR MADERA C/C 3"

KG

0.200

3.24

0.64800

ALAMBRE NEGRO N°8

KG

0.2

2.95

0.59

TRIPLAY DE 4"*8*12mm

PLN

0.190

100.95

19.18050

P2

6.400

5.16

33.024

MADERA TORNILLO P/ENCOFRADO

INC.CORTE

54.03250 Equipos HERRAMIENTAS MANUALES

%MO


0.030

54.0325

1.62098

BARRAS DE UNION O CONECTORES DE ACERO 16.000

KG/DIA

Descripción Insumo

Costo unitario directo por : KG

3.43238

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

CAPATAZ A

HH

0.34

0.0103

19.68

0.202704

OPERARIO

HH

1.00

0.0302

15.14

0.457228

OFICIAL

HH

1.00

0.0302

13.16

0.397432

Mano de Obra

1.057364 Materiales FIERRO LISO GDO.40 1/2"

KG

1.07

2.19

2.3433

%MO

0.030

1.057364

0.03172

Equipos HERRAMIENTAS MANUALES 07.08.00 Rendimiento

JUNTAS DE DILATACION EN BADENES 75.000

M/DIA

Descripción Insumo

Costo unitario directo por : M

35.49385

Unidad

Cuadrilla

Cantidad

Precio

Parcial

CAPATAZ A

HH

0.10

0.0107

16.65

0.178155

OFICIAL

HH

1.00

1.0670

13.16

14.04172

PEON

HH

3.00

0.32

11.86

3.7952

Mano de Obra

18.015075 Materiales ASFALTO RC-250

GLN

0.133

1.04

ARENA

M3

0.480

35

0.13832 16.80000 16.93832

67




%MO

0.030

18.015075

0.54045

 PRESUPUESTO DISEÑO DE LA CARRETERA EL MILAGRO-CRUCE VERSALLA DE LA CARRETERA FERNANDO BELAUNDE TERRY VALLE HUARANGOPAMPA AMAZONAS

Costo al Provincia

UTCUBAMBA

Descripción

Distrito

01/11/2012

EL MILAGRO

Unidad

Metrado

Precio

Parcial (S/.)

TRAZO Y REPLANTEO PARA BADEN

M2

110.000

3.219

354.09308

EXCAVACIÓN MANUAL PARA BADENES

M3

25.375

0.940

23.8446236

ELIMIN. MATERIAL C/CARG.FRONTAL NORMAL "C"

M3

31.719

10.378

329.187029

CONCRETO Fć=140 KG/CM2 PARA PROTECCIÓN

M3

4.800

263.331

1263.98953

CONCRETO Fć=210 KG/CM2 PARA BADEN

M3

25.375

300.778

7632.23602

ENCOFRADO Y DESENC. PARA BADENES

M2

28.600

83.392

2385.01106

BARRAS DE UNION O CONECTORES DE ACERO

KG

58.103

3.432

199.430145

JUNTAS DE DILATACION EN BADENES

M

1.100

35.494

39.043232

BADEN

TOTAL

12,226.8347

68



10.2. FOTOS:

FOTO 01: CONSTRUCCION DE UN BADEN DE MANPOSTERIA.

FOTO 01: CONSTRUCCION DE UN BADEN DE MANPOSTERIA.

69



FOTO 02: CONSTRUCCION DE UN BADEN DE CONCRETO HIDRAULICO.

FOTO 03: FUNCIONAMIENTO DE UN BADEN DE CONCRETO.

70



 Características del Badén Querpon ubicado en la carretera tramo Lambayeque- Olmos- Chulucanas: En lo que respecta al Badén pudimos observar 32 paños de 3 X 3 m, con 3cm de juntas; con respecto a la alcantarilla había 20 paños de 4.15m de largo que sirven para el pase de los vehículos hacia la longitud de la alcantarilla.

FOTO 04: FUNCIONAMIENTO DE UN BADEN DE CONCRETO DE QUERPON.

FOTO 05: SISTEMA DE ENROCADO PARA PROTEGER EL BADEN.

71



FOTO 06: SISTEMA DE PROTECCION CON GABIONES.

FOTO 07: KILOMETRAJE DONDE ESTA UBICADO EL BADEN DE QUERPON – CARRETERA PANA MERICANA NORTE.

72



FOTO 08: VISUALIZACIÓN DE BADEN QUERPON.

FOTO 09: VISUALIZACIÓN DE JUNTAS TRANVERSALES Y LONGITUDINALES EN EL BADEN.

73



FOTO 10: MEDICIÓN DEL BORDE DE PROTECCION DEL BADEN (1.85m).

FOTO 11: MEDICION DE LA BERMA DE LA CARRETERA PANAMERICANA (1.65m).

74



FOTO 12: VISUALIZACIÓN DE LA PLATAFORMA DEL BADEN, SITEMA DE

ENROCADO PARA PROTEGER DE LA SOCAVACIÓN.

FOTO 13: SOCAVACIÓN DEL BADEN AGUAS ABAJO.

75



FOTO 14: VISUALIZACION DE ELEMENTOS DE REFUERZOS (GEOMALLAS)

FOTO 15: SISTEMA DE PROTECCION CON GABIONES.

76



Baden juana rios –Carretera Chicalyo Chota

FOTO 16: DETERIORO DEL SISTEMA DE PROTECCIÓN CON GAVIONES AGUAS ABAJO

77



Badén ubicado en la Quebrada El Higuerón destruida (la provincia de Ayabaca)

Socavación y pérdida de la plataforma del badén.

78


XI.


BIBLIOGRAFIA:  MANUAL DE HIDROLOGIA, HIDRAULICA Y DRENAJE.  MANUAL

DE

ESTRUCTURAS:

PROGRAMA

DE

APOYO

AL

SECTOR

TRANSPORTE MEJORAMIENTO DE CAMINOS RURALES PAST – DANIDA NICARAGUA.  MANUAL DE CARRETERAS PAVIMENTADAS Y NO PAVIMENTADAS DE BAJO VOLUMEN DE TRANSITO; DEL MTC.  INGENIERIA DE CAMINOS RURALES; DE GORDON KELLER Y JAMES SHERAR.  GUÍA HIDRÁULICA PARA EL DISEÑODE OBRAS DE DRENAJE ENCAMINOS RURALES; REPUBLICA DE NICARAGUA.

79



SECCION DEL BADEN EN PLANTA Y PERFIL

80


81




82

FINAL- DISEÑO DE BADENES-TORRES

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