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hidrografia
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Hidrografa
Concepto de Hidrologa
La Hidrologa es la ciencia natural que
estudia al agua, su ocurrencia, circulacin
y distribucin en la superficie terrestre,
sus propiedades qumicas y fsicas y su
relacin con el medio ambiente,
incluyendo a los seres vivos.
2
El Ciclo Hidrolgico
Conjunto de cambios que experimenta el agua en la naturaleza, tanto en su estado (slido, lquido, gaseoso), como en su forma (agua superficial, agua subterrnea, etc.) Vara en el espacio
Vara en el tiempo
No tiene ni principio, ni fin
La Hidrologa solamente estudia la fase en la que la precipitacin toca tierra hasta el retorno del agua a la atmsfera.
La fase atmosfrica corresponde a la Meteorologa y el agua en los ocanos a la Oceanografa.
Irregular
3
4
Ciclo Hidrolgico
Importancia de la Hidrologa
Determinar caudales de una fuente (ro, nacimiento, pozo) para: abastecimiento de agua
potable a una poblacin
abastecimiento de agua a una industria
satisfacer la demanda de un proyecto de irrigacin
satisfacer la demanda de un proyecto de generacin de energa elctrica
permitir la navegacin
5
Importancia de la Hidrologa
Disear obras como: alcantarillas
puentes
estructuras para el control de avenidas
presas
vertedores
sistemas de drenaje agrcola
poblaciones
carreteras
Aeropuertos
Se disean para un evento determinado: precipitacin-escorrenta
6
Importancia de la Hidrologa
Fuente de informacin
para otras herramientas
SIG
Modelos erosin
Modelos hidrulicos
Modelos de evaluacin
de tierras
7
8
Qu es la hidrografa?
Es el estudio de la hidrosfera.
La hidrosfera es la esfera de la Tierra cubierta por las aguas. Por lo tanto,
estudia los ros, los lagos, las aguas subterrneas y los ocanos.
9
Hidrologa
Hidrografa
Oceanografa
Ros Lagos Aguas Subterrneas
Ocanos
10
Ro: escurrimiento permanente y superficial de agua.
Que alimenta sus aguas de
las lluvias: rgimen pluvial.
la fusin de las nieves: rgimen nival.
de ambos procesos: rgimen mixto.
11
Caractersticas fsicas de un ro
1. Cuenca hidrogrfica.
2. Caudal, gasto o descarga.
3. Lecho del ro o caja.
4. Cursos de un ro.
5. Tipos de cuencas.
18
Tipos de escurrimiento:
1. Arreica: son cuencas cerradas, en las que no hay escurrimiento de aguas superficiales.
2. Endorreico: son cuencas donde el escurrimiento de las aguas no desembocan en el mar, debido a que se van perdiendo en su transcurso antes de alcanzar la costa, ya sea por evaporacin o infiltracin.
3. Exorreico: son cuencas donde existe escurrimiento superficial de las aguas, desembocando stas en el mar, ya que sus cursos de agua son permanentes durante todo el ao.
19
Rgimen de alimentacin:
1. Pluvial: son los ros alimentados fundamentalmente por las aguas lluvia.
2. Nival: son los ros
alimentados por los deshielos en la cordillera, preferentemente.
3. Mixta (Pluvionival): son los ros
alimentados en forma mixta, tanto por lluvia como por nieve, pero ms por aguas lluvia que por nieve.
4. Mixta (Nivopluvial): son los ros
alimentados en forma mixta, tanto por lluvia como por nieve, pero ms por nieve que por lluvias.
5. Glacial: Son ros alimentados por hielos eternos o glaciares, tpicos del extremo sur de Chile.
Definicin de Cuenca Hidrogrfica Es el rea de terreno donde todas las aguas cadas por precipitacin, se
unen para formar un solo curso de agua
Unidad natural definida por la existencia de la divisoria de las aguas en un territorio dado
Las cuencas hidrogrficas son unidades morfolgicas superficiales Divisoria geogrfica principal= Parteaguas
Divisorias geogrficas secundarias= Forman las subcuencas
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Definicin de Cuenca Hidrolgica
La definicin de cuenca hidrolgica es ms integral que la de cuenca hidrogrfica
Las cuencas hidrolgicas son unidades morfolgicas integrales y adems de incluir todo el concepto de cuenca hidrogrfica, abarcan en su contenido, toda la estructura hidrogeolgica subterrnea del acufero como un todo.
21
Divisin de la cuenca como unidad de gestin
Subcuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente al curso principal de la cuenca. Varias subcuencas pueden conformar
una cuenca.
Microcuenca: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una subcuenca. Varias microcuencas pueden
conformar una subcuenca.
Quebradas: es toda rea que desarrolla su drenaje directamente a la corriente principal de una microcuenca. Varias quebradas pueden conformar
una microcuenca.
22
Tipos de ros Perennes
Estos ros estn formados por cursos de agua localizados en
regiones de lluvias abundantes con escasas fluctuaciones a lo
largo del ao. Sin embargo, incluso en las reas donde llueve
muy poco pueden existir ros con caudal permanente si
existe una alimentacin fretica (es decir, de aguas
subterrneas) suficiente. La mayora de los ros pueden
experimentar cambios estacionales y diarios en su caudal,
debido a las fluctuaciones de las caractersticas de la
cobertura vegetal, de las precipitaciones y de otras
variaciones del tiempo atmosfrico como la nubosidad,
insolacin, evaporacin o ms bien, evapotranspiracin, etc.
23
Tipos de ros
Estacionales (intermitentes)
Estos ros y ramblas son de zonas con clima tipo
mediterrneo, en donde hay estaciones muy diferenciadas,
con inviernos hmedos y veranos secos o viceversa. Suelen
darse ms en zonas de montaa que en las zonas de llanura.
24
Tipos de ros Transitorios (efmeros)
Son los ros de zonas con clima desrtico o seco, de caudal
que a veces, en los cuales se puede estar sin precipitaciones
durante aos. Esto es debido a la poca frecuencia de las
tormentas en zonas de clima de desierto. Pero cuando existen
descargas de tormenta, que muchas veces son torrenciales,
los ros surgen rpidamente y a gran velocidad. Reciben el
nombre de wadis o uadis, a los cauces casi siempre secos de
las zonas desrticas, que pueden llegar a
tener crecidas violentas y muy breves.
Alctonos
Son ros, generalmente de zonas ridas, cuyas aguas
proceden de otras regiones ms lluviosas. 25
ESCURRIMIENTO
1. Concepto (Chow, 1964:14-214-3)
El escurrimiento es la parte de la precipitacin que
aparece en las corrientes fluviales superficiales,
perennes, intermitentes o efmeras, y que regresa al
mar o a los cuerpos de agua interiores. Dicho de otra
manera, es el deslizamiento virgen del agua, que no ha
sido afectado por obras artificiales hechas por el
hombre. De acuerdo con las partes de la superficie
terrestre en las que se realiza el escurrimiento, ste se
puede dividir (ver figura V.1) en: 26
Figura V.1. Diagrama del escurrimiento. 27
ESCURRIMIENTO
Escurrimiento superficial o escorrenta. Es la parte del agua
que escurre sobre el suelo y despus por los cauces de los ros.
Escurrimiento subsuperficial. Es la parte del agua que se
desliza a travs de los horizontes superiores del suelo hacia las
corrientes. Una parte de este tipo de escurrimiento entra
rpidamente a formar parte de las corrientes superficiales y a la
otra le toma bastante tiempo el unirse a ellas.
Escurrimiento subterrneo. Es aqul que, debido a una
profunda percolacin del agua infiltrada en el suelo, se lleva a
cabo en los mantos subterrneos y que, posteriormente, por lo
general, descarga a las corrientes fluviales. 28
ESCURRIMIENTO
A la parte de la precipitacin que contribuye directamente al
escurrimiento superficial se le llama precipitacin en exceso.
El escurrimiento subterrneo y la parte retardada del
escurrimiento subsuperficial constituyen el escurrimiento base
de los ros.
La parte de agua de escurrimiento que entra rpidamente en el
cauce de las corrientes es a lo que se llama escurrimiento
directo y es igual a la suma del escurrimiento subsuperficial
ms la precipitacin que cae directamente en los cauces.
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Ciclo del escurrimiento William G. Hoyt (1942, chap. XI-D) describe el ciclo del escurrimiento en
cinco fases:
Primera fase
1. Comprende la poca seca en la que la precipitacin es escasa o
nula.
2. La corriente de los ros es alimentada por los mantos de agua
subterrnea.
3. La evapotranspiracin es bastante intensa, y si esta fase no
fuera interrumpida, llegaran a secarse las corrientes.
4. En regiones de clima fro, donde la precipitacin es en forma de
nieve, si la temperatura permite el deshielo, habr agua
disponible para mantener las corrientes fluviales,
interrumpindose as la primera fase e inicindose la segunda. 30
Ciclo del escurrimiento Segunda fase
1. Caen las primeras precipitaciones cuya misin principal es la de
satisfacer la humedad del suelo.
2. Las corrientes superficiales, si no se han secado, siguen siendo
alimentadas por el escurrimiento subterrneo.
3. Si se presenta escurrimiento superficial, ste es mnimo.
4. La evapotranspiracin se reduce.
5. Cuando existe nieve, sta absorbe parte de la lluvia cada y su
efecto de almacenamiento alargar este segundo perodo.
6. A travs del suelo congelado puede infiltrarse el agua
precipitada si su contenido de humedad es bajo.
31
Ciclo del escurrimiento Tercera fase
1. Comprende el perodo hmedo en una etapa ms
avanzada.
2. El agua de infiltracin satura la capa del suelo y pasa, por
gravedad, a aumentar las reservas de agua subterrnea.
3. Se presenta el escurrimiento superficial, que puede o no
llegar a los cauces de las corrientes, lo cual depende de las
caractersticas del suelo sobre el que el agua se desliza.
4. Si el cauce de las corrientes an permanece seco, el
aumento del manto fretico puede ser, en esta fase,
suficiente para descargar en los cauces. 32
Ciclo del escurrimiento Tercera fase (continuacin)
5. Si la corriente de agua sufre un aumento considerable, en lugar
de que sea alimentada por el almacenamiento subterrneo
(corriente efluente), la corriente contribuir al incremento de
dicho almacenamiento (corriente influente; Figura V.2).
33
Ciclo del escurrimiento Tercera fase (continuacin)
6. La evapotranspiracin es lenta.
7. En caso de que exista nieve y su capacidad para retener la
lluvia haya quedado satisfecha, la lluvia cada se
convertir directamente en escurrimiento superficial.
8. Si el suelo permanece congelado, retardar la infiltracin,
lo que favorecer al escurrimiento, pero en cuanto se
descongele, el escurrimiento superficial disminuir y
aumentar el almacenamiento subterrneo.
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Ciclo del escurrimiento Cuarta fase
1. Contina el perodo hmedo.
2. La lluvia ha satisfecho todo tipo de almacenamiento
hidrolgico.
3. En algunos casos el escurrimiento subsuperficial llega a
las corrientes tan rpido como el escurrimiento superficial.
4. El manto fretico aumenta constantemente y puede llegar
a alcanzar la superficie del suelo, o bien la velocidad de
descarga hacia las corrientes puede llegar a ser igual a la
de recarga.
5. Los efectos de la nieve y el hielo son semejantes a los de
la tercera fase. 35
Ciclo del escurrimiento Quinta fase
1. El perodo de lluvia cesa.
2. Las corrientes de agua se abastecen del escurrimiento
subsuperficial, del subterrneo y del almacenamiento
efectuado por el propio cauce.
3. La evapotranspiracin empieza a incrementarse.
4. En caso de existir nieve, cuando la temperatura est bajo
0 C, produce la prolongacin de esta fase.
5. Esta fase termina cuando las reservas de agua quedan de
tal manera reducidas que se presentan las caractersticas
de la primera fase. 36
Factores que afectan al escurrimiento
Los factores que afectan al escurrimiento se
refieren a las caractersticas del terreno
(cuencas hidrogrficas), y se dividen en dos
grandes grupos:
los climticos y
los relacionados con la fisiografa.
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Factores que afectan al escurrimiento
Factores climticos
Son aqullos que determinan, de la cantidad de agua
precipitada, la destinada al escurrimiento.
1. Precipitacin.
Es el elemento climtico de ms importancia para el
escurrimiento, debido a que depende de ella. Interesan
varios aspectos de este elemento para el conocimiento
del escurrimiento.
38
Factores que afectan al escurrimiento
a) Forma de precipitacin. Si la precipitacin es en forma
lquida, el escurrimiento se presenta con relativa rapidez; si
es en forma slida no hay ningn efecto, a menos que la
temperatura permita la rpida licuefaccin.
b) Intensidad de la precipitacin. Cuando la precipitacin es
suficiente para exceder la capacidad de infiltracin del suelo,
se presenta el escurrimiento superficial y cualquier aumento
en la intensidad repercute rpidamente en dicho
escurrimiento.
c) Duracin de la precipitacin. Entre ms dure la precipitacin
mayor ser el escurrimiento, independientemente de su
intensidad. Una lluvia prolongada, aun cuando no sea muy
intensa, puede causar gran escurrimiento superficial, ya que
con la lluvia decrece la capacidad de infiltracin. 39
Factores que afectan al escurrimiento d) Distribucin de la precipitacin en el espacio. Generalmente
la lluvia nunca abarca toda la superficie de la cuenca; para
cuencas pequeas, los mayores escurrimientos superficiales
resultan de tormentas que abarcan reas pequeas, y para
cuencas grandes, resultan de aguaceros poco intensos que
cubren una mayor superficie.
e) Direccin del movimiento de la precipitacin. La direccin
del centro de la perturbacin atmosfrica que causa la
precipitacin tiene influencia en la lmina y duracin del
escurrimiento superficial. Si la tormenta se mueve dentro del
rea de la cuenca, el escurrimiento ser mayor que si
nicamente la atraviesa. Por otro lado, si el temporal avanza
en sentido contrario al drenaje, el escurrimiento ser ms
uniforme y moderado que si se mueve en el sentido de la
corriente. 40
Factores que afectan al escurrimiento f) Precipitacin antecedente y humedad del suelo. Cuando el
suelo posee un alto contenido de humedad, la capacidad de
infiltracin es baja y se facilita el escurrimiento.
2. Otras condiciones del clima.
Adems de la precipitacin existen otros elementos que se
deben tomar en cuenta, pues aunque indirectamente, tambin
afectan al escurrimiento; entre ellos la temperatura, el viento,
la presin y la humedad relativa.
41
Factores que afectan al escurrimiento Factores fisiogrficos
Se relacionan por una parte con la forma y caractersticas
fsicas del terreno y por la otra con los canales que forman el
sistema fluvial.
A. Factores morfomtricos. Son aquellas particularidades de
las formas terrestres que influyen en el agua de la lluvia al
caer a la superficie, por la velocidad que adquiere, por los
efectos que produce y por el tiempo que tarda en llegar al
punto de desage.
B. Factores fsicos. Se refieren a las caractersticas fsicas del
terreno con su estructura y utilizacin.
C. Red de drenaje. Se refiere a las caractersticas de los
canales que comprenden el sistema fluvial de la cuenca.
Refleja las condiciones del terreno sobre el que se
desarrolla. 42
Factores que afectan al escurrimiento
Factores morfomtricos
a) Superficie. La superficie de las cuencas hidrogrficas est
limitada por la divisoria topogrfica o parteaguas que
determina el rea de la cual se derive el escurrimiento
superficial. Las cuencas pequeas se comportan de manera
distinta a las cuencas grandes en lo que se refiere al
escurrimiento. No existe una extensin definida para
diferenciar a las cuencas pequeas de las grandes, sin
embargo, hay ciertas caractersticas que distinguen a unas
de otras. Las cuencas pequeas son ms sensibles al uso del
suelo y a las precipitaciones de gran intensidad que abarcan
zonas de poca extensin. En las cuencas grandes es muy
importante el efecto de almacenamiento en los cauces de las
corrientes. 43
Factores que afectan al escurrimiento
Factores morfomtricos
b) Forma. Interviene principalmente en la manera como se
presenta el volumen de agua escurrido a la salida de la
cuenca. Generalmente los volmenes escurridos en cuencas
alargadas son ms uniformes a lo largo del tiempo, en
cambio, en cuencas compactas el agua tarda menos en llegar
a la salida, en donde se concentra en un tiempo relativamente
corto. Existen ndices que expresan la forma de las cuencas
hidrogrficas, y se obtienen a partir de la superficie y
medidas lineales de la cuenca, como el ndice de compacidad
(K) de Gravelius, que relaciona el permetro de la cuenca (P)
con el de la circunferencia de un crculo de igual rea a la de
la cuenca (A): 44
Factores que afectan al escurrimiento
Factores morfomtricos
El valor mnimo que se puede obtener es 1 y cuanto mayor sea el ndice, ms
alargada ser la cuenca.
Otro ndice para conocer la forma de la cuenca es el factor de forma
donde:
A, area total
Ff , factor de forma,
am , anchura media de la cuenca,
ea, eje axial. 45
A
P0.28
2
A
PK
a
mf
e
aF
a
me
Aa
Factores que afectan al escurrimiento
Factores morfomtricos
c) Pendiente. La pendiente del terreno est relacionada con la
infiltracin, con el escurrimiento superficial, con la
contribucin del agua subterrnea a la corriente y con la
duracin del escurrimiento. Existe un mtodo (Wisler y
Brater, 1959:45-46; 44) para obtener la pendiente media de
una cuenca:
donde:
P, pendiente media de la cuenca,
D, intervalo entre las curvas de nivel,
L, longitud total de las curvas de nivel,
A, rea de la cuenca. 46
A
DLP
Factores que afectan al escurrimiento
Factores morfomtricos
d) Orientacin. La orientacin de la cuenca y la de sus
vertientes se relaciona con el tipo de precipitacin, los
vientos predominantes y la insolacin.
e) Altitud. Influye principalmente en la temperatura y en la
forma de precipitacin. Un mtodo para calcular este factor
es el siguiente:
donde:
h, altitud media de la cuenca,
s, superficie entre dos curvas de nivel,
e, altitud media de la franja de terreno comprendida entre dos curvas de
nivel,
S, superficie total de la cuenca. 47
S
seh
Factores que afectan al escurrimiento
Factores fsicos
a) Uso y cubierta del suelo. Cuando el terreno es virgen y est
cubierto por vegetacin, especialmente de bosques,
contribuye a la estabilizacin de los regmenes de las
corrientes; cuando es deforestado el agua corre rpidamente
por la superficie. Por otra parte, tambin son importantes las
obras que se efectan en los mismos cauces de las corrientes,
por ejemplo la construccin de una presa puede producir una
sobreelevacin del nivel del agua en el tramo anterior al
embalse, esto genera un aumento en el nivel del cauce por el
depsito de acarreo (azolve), lo cual influye aguas arriba de
la corriente; adems, afecta el perfil de las capas freticas.
48
Factores que afectan al escurrimiento Factores fsicos
b) Tipo de suelo. Se refiere a la capacidad de infiltracin del
suelo. Entre ms poroso sea y menor contenido de material
coloidal posea, tendr una mayor capacidad de infiltracin,
lo cual retardar la aparicin del escurrimiento superficial.
c) Geologa. Condiciona al escurrimiento en cuanto a la
permeabilidad e impermeabilidad de las estructuras que
forman el terreno. Cuando el terreno es permeable, el
sistema fluvial, durante la poca de estiaje, se encuentra bien
abastecido por el escurrimiento subterrneo. Cuando el
terreno es impermeable, el volumen de escurrimiento se
concentra ms pronto en el punto de desage y en la poca
de estiaje el nivel de la corriente disminuye
considerablemente o bien desaparece. 49
Factores que afectan al escurrimiento
Factores fsicos
d) Topografa. A este respecto son importantes las
ondulaciones del terreno y los lmites superficiales de la
cuenca hidrogrfica. Las ondulaciones pueden ser la causa
de la presencia de depresiones en donde se acumula el agua,
disminuyendo la cantidad destinada al escurrimiento. En
relacin con la divisoria topogrfica, puede ser que haya
disparidad entre sta y la fretica, de manera que parte del
escurrimiento subterrneo contribuya al escurrimiento de la
cuenca vecina atravesando el lmite topogrfico o bien que
reciba parte del escurrimiento subterrneo de esa cuenca
vecina.
50
Factores que afectan al escurrimiento
Red de Drenaje
a) Densidad hidrogrfica. Es la relacin de la cantidad de
corrientes que existen en la cuenca entre la superficie de
sta. Uno de los mtodos para ordenar y contar el nmero de
canales es el de Strahler (1964), que considera canales de
primer orden a las corrientes formadoras. Cuando se unen
dos canales de primer orden, forman otro de segundo orden,
cuando se unen dos canales de segundo orden, forman otro
de tercer orden y as sucesivamente (Figura V.5).
51
Figura V.5. Mtodo para designar el orden de las corrientes de un ro.
52
53
54
55
Factores que afectan al escurrimiento
Red de Drenaje
b) Densidad de drenaje. Resulta de dividir la longitud total de
las corrientes de agua entre la superficie de la cuenca. Entre
mayor sea este ndice, ms desarrollada estar la red de
drenaje.
c) Otras caractersticas relacionadas con la red de drenaje son
las que se refieren a la capacidad de almacenamiento de las
corrientes y a la capacidad de transporte de las mismas.
56
Caudales Mximos I
Introduccin Importancia del anlisis de caudales mximos:
Diseo: Sistemas de drenaje
Agrcolas
Aeropuertos
Ciudades
Carreteras
Muros de encauzamiento para proteger ciudades y plantaciones
Alcantarillas
Vertedores de excesos
Luz en puentes
Magnitud del Q de diseo depende de: Importancia y costo de la obra
Vida til de la obra
Consecuencias de la falla de la obra (daos a infraestructura, vidas humanas, etc).
Estos factores determinarn el perodo de retorno que se asuma para el diseo.
Captulo 6
Perodo de retorno de una avenida Perodo de retorno (T) para un caudal de diseo
Se define, como el intervalo de tiempo dentro del cual un evento de magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio.
Si un evento igual o mayor a Q, ocurre una vez en T aos, su probabilidad de ocurrencia P, es igual a 1 en T casos, es decir:
La definicin anterior permite el siguiente desglose de relaciones de probabilidades:
La probabilidad de que Q ocurra en cualquier ao:
La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier ao; es decir, la probabilidad de ocurrencia de un caudal < Q:
Captulo 6
Perodo de retorno de una avenida
Si se supone que la no ocurrencia de un evento en un ao cualquiera, es independiente de la no ocurrencia del mismo, en los aos anteriores y posteriores, entonces la probabilidad de que el evento no ocurra en n aos sucesivos es:
La probabilidad de que el evento, ocurra al menos una vez en n aos sucesivos, es conocida como riesgo o falla R, y se representa por:
Con el parmetro riesgo, es posible determinar cules son las implicaciones, de seleccionar un perodo de retorno dado de una obra, que tiene una vida til de n aos.
Perodo de retorno de una avenida
Ejercicio 1
Determinar el riesgo o falla de una obra que
tiene una vida til de 15 aos, si se disea
para un perodo de retorno de 10 aos.
Perodo de retorno de una avenida
Ejercicio 1: Solucin
Para el ejemplo: T = 10 y n = 15
Sustituyendo en la ecuacin de riesgo:
Si el riesgo es de 79.41%, se tiene una
probabilidad del 79.41% de que la obra falle
durante su vida til.
Perodos de retorno de diseo
recomendados
Esta tabla es para estructuras menores.
En la medida que se pueda se debe aplicar la frmula para conocer el riesgo o bien fijar un umbral de riesgo, para determinar el perodo de retorno.
Mtodos de estimacin de avenidas
mximas: Mtodo directo
Mtodo de seccin y pendiente:
Se estima despus del paso de una avenida
recolectando datos en el campo.
Seleccin de un tramo del ro representativo, suficientemente
profundo, que contenga al nivel de las aguas mximas.
Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del
tramo elegido, y determinar:
Mtodos de estimacin de avenidas
mximas: Mtodo directo
Determinar la pendiente S, de la superficie libre de agua con las huellas de la avenida mxima en anlisis.
Elegir el coeficiente de rugosidad n de Manning de acuerdo a las condiciones fsicas del cauce (ver tabla). (USGS, Barnes)
En el sitio WEB del curso se muestran algunas fotos de rugosidades para canales naturales.
Aplicar la frmula de Manning
Formula de Manning
Mtodos de estimacin de avenidas
mximas: Mtodo directo Coeficiente de rugosidad
Mtodos de estimacin de avenidas
mximas: Mtodos empricos Mtodo racional
Tiene una antigedad de ms de 100 aos, se ha generalizado en todo el mundo.
El mtodo puede ser aplicado a pequeas cuencas de drenaje agrcola, aproximadamente si no exceden a 1300 has 13 km2.
La mxima escorrenta ocasionada por una lluvia, se produce cuando la duracin de sta es igual al tiempo de concentracin (tc). Toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida.
Si la duracin es mayor que el tc Contribuye toda la cuenca con el caudal en el punto de salida.
La intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duracin y, por tanto, tambin es menor el caudal.
Si la duracin de la lluvia es menor que el tc la intensidad de la lluvia es mayor, pero en el momento en el que acaba la lluvia El agua cada en los puntos mas alejados an no ha llegado a la salida
Slo contribuye una parte de la cuenca a la escorrenta, por lo que el caudal ser menor.
Mtodos de estimacin de avenidas
mximas: Mtodos empricos Mtodo racional
El caudal mximo se calcula por medio de la siguiente expresin, que representa la frmula racional:
El 1/360 corresponde a la transformacin de
unidades
Mtodo Racional:
Tiempo de concentracin (tc)
El tiempo de concentracin debe incluir los
escurrimientos sobre terrenos, canales, cunetas y
los recorridos sobre la misma estructura que se
disea.
Todas aquellas caractersticas de la cuenca
tributaria, tales como dimensiones, pendientes,
vegetacin, y otras en menor grado, hacen variar
el tiempo de concentracin.
Tiempo de concentracin (tc)
Mtodos de clculo Medida directa usando trazadores
Colocar trazadores radiactivos durante tormentas intensas
Medir el tiempo que tarda el agua en llegar al sitio de aforo
Usando caractersticas hidrulicas de la cuenca Dividir la corriente en tramos segn sus caractersticas
hidrulicas
Obtener la capacidad mxima de descarga de cada tramo utilizando el mtodo de seccin y pendiente.
Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga mxima de cada tramo.
Usar la velocidad media y la longitud del tramo para calcular el tiempo de recorrido de cada tramo.
Sumar los tiempos recorridos para obtener tc .
Tiempo de concentracin (tc)
Mtodos de clculo Estimando velocidades
Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel
total entre la longitud total.
De la tabla, escoger el valor de la velocidad media en funcin a la
pendiente y cobertura.
Usando la velocidad media y la longitud total encontrar tc .
Tiempo de concentracin (tc)
Mtodos de clculo Usando frmulas empricas
Frmula de Kirpich
Tiempo de concentracin (tc)
Mtodos de clculo Usando frmulas empricas
Frmula Australiana y Jorge Rivero (revisarlas Uds.)
Frmula de SCS (Soil Conservation Service actualmente NRCS
Natural Resource Conservation Service)
Cuencas menores a 10 km2
Mtodo de Clculo: Intensidad de lluvia
Este valor se determina a partir de la curva intensidad duracin perodo de retorno
Entrando con una duracin igual al tiempo de concentracin y con un perodo de retorno de 10 aos, que es lo frecuente en terrenos agrcolas.
El perodo de retorno se elige dependiendo del tipo de estructura a disear.
Mtodo de Clculo: SCS
Coeficiente de Escorrenta
La escorrenta directa representa una fraccin de la precipitacin total.
A esa fraccin se le denomina coeficiente de escorrenta, que no tiene dimensiones y se representa por la letra C.
El valor de C depende de factores topogrficos, edafolgicos, cobertura vegetal, etc.
Cuando la cuenca se compone de superficies de distintas caractersticas, el valor de C se obtiene como una media ponderada, es decir:
Mtodo de Clculo: SCS
Coeficiente de Escorrenta
Mtodo de Clculo: SCS
Coeficiente de Escorrenta
Ejemplo 2
Determinar caudal de diseo:
Se desea construir un canal revestido en Turrialba, que sirva para evacuar las aguas pluviales.
Determinar el caudal de diseo de la estructura para un perodo de retorno de 10 aos.
Se adjuntan los siguientes datos: Superficie total = 200000 m2
Superficie ocupada por edificios = 39817 m2
Superficie ocupada por parqueo y calle asfaltada = 30000 m2
Considerar que la textura del suelo es media, que el 80% de la superficie sin construir est cubierto por zacate, y el 20% es terreno cultivado.
La longitud mxima de recorrido de agua es 500 m, y la diferencia de altura entre el punto ms remoto y el punto de desage es 12 m.
Determinar caudal de diseo:
Ejemplo 2: Solucin
Clculo del coeficiente de escorrenta:
Determinar caudal de diseo: Ejemplo
2: Solucin
Clculo de la Intensidad mxima (Imax) Imax se calcula para una duracin igual al tiempo de concentracin,
y para un perodo de retorno de 10 aos.
Clculo del tc (Kirpich)
Tiempo de duracin = Tiempo de concentracin
En este caso la duracin ser aprox. de 10 minutos
Determinar caudal de diseo: Ejemplo
2: Solucin
Clculo de I para d = 1
hr y T = 1 ao:
De la figura 1 se tiene:
I = 40 mm
Figura 1
Determinar caudal de diseo: Ejemplo
2: Solucin
Clculo de I para d = 1
hr y T = 1 ao:
De la figura 1 se tiene:
I = 40 mm
Clculo de I para d = 1
hr y T= 10 aos:
De la figura 2 se tiene:
I = 75 mm
Figura 2
Determinar caudal de diseo: Ejemplo
2: Solucin
Clculo de I para d = 10 min y T = 10 aos:
De la figura 3 se tiene: I = 177 mm para d = 10
min y T = 10 aos.
Clculo del caudal mximo Q:
De la frmula racional, se tiene:
Figura 3
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