Diseño de Obras Hidraulicas_Unidad 1_Hidrologia

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASUNIDAD 1: HIDROLOGIA*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICOQUE ES EL CICLO HIDROLOGICO? EL CICLO HIDROLGICO O CICLO DEL AGUA ES EL PROCESO DE CIRCULACIN DEL AGUA ENTRE LOS DISTINTOS COMPARTIMENTOS DE LA HIDRSFERA. SE TRATA DE UN CICLO BIOGEOQUMICO EN EL QUE HAY UNA INTERVENCIN MNIMA DE REACCIONES QUMICAS, Y EL AGUA SOLAMENTE SE TRASLADA DE UNOS LUGARES A OTROS O CAMBIA DE ESTADO FSICO.

ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA EL AGUA EXISTE EN LA TIERRA EN TRES ESTADOS: SLIDO (HIELO, NIEVE), LQUIDO Y GAS (VAPOR DE AGUA). OCANOS, ROS, NUBES Y LLUVIA ESTN EN CONSTANTE CAMBIO: EL AGUA DE LA SUPERFICIE SE EVAPORA, EL AGUA DE LAS NUBES PRECIPITA, LA LLUVIA SE FILTRA POR LA TIERRA, ETC. SIN EMBARGO, LA CANTIDAD TOTAL DE AGUA EN EL PLANETA NO CAMBIA. LA CIRCULACIN Y CONSERVACIN DE AGUA EN LA TIERRA SE LLAMA CICLO HIDROLGICO, O CICLO DEL AGUA.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA EL CICLO HIDROLGICO COMIENZA CON LA EVAPORACIN DEL AGUA DESDE LA SUPERFICIE DEL OCANO. A MEDIDA QUE SE ELEVA, EL AIRE HUMEDECIDO SE ENFRA Y EL VAPOR SE TRANSFORMA EN AGUA: ES LA CONDENSACIN. LAS GOTAS SE JUNTAN Y FORMAN UNA NUBE. LUEGO, CAEN POR SU PROPIO PESO: ES LA PRECIPITACIN. SI EN LA ATMSFERA HACE MUCHO FRO, EL AGUA CAE COMO NIEVE O GRANIZO. SI ES MS CLIDA, CAERN GOTAS DE LLUVIA.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA UNA PARTE DEL AGUA QUE LLEGA A LA SUPERFICIE TERRESTRE SER APROVECHADA POR LOS SERES VIVOS; OTRA ESCURRIR POR EL TERRENO HASTA LLEGAR A UN RO, UN LAGO O EL OCANO. A ESTE FENMENO SE LE CONOCE COMO ESCORRENTA. OTRO PORCENTAJE DEL AGUA SE FILTRAR A TRAVS DEL SUELO, FORMANDO CAPAS DE AGUA SUBTERRNEA, CONOCIDAS COMO ACUFEROS. ESTE PROCESO ES LA PERCOLACIN. TARDE O TEMPRANO, TODA ESTA AGUA VOLVER NUEVAMENTE A LA ATMSFERA, DEBIDO PRINCIPALMENTE A LA EVAPORACIN.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICOING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA LOS PRINCIPALES PROCESOS IMPLICADOS EN EL CICLO DEL AGUA SON: EVAPORACIN. EL AGUA SE EVAPORA EN LA SUPERFICIE OCENICA, SOBRE LA SUPERFICIE TERRESTRE Y TAMBIN POR LOS ORGANISMOS, EN EL FENMENO DE LA TRANSPIRACIN EN PLANTAS Y SUDORACIN EN ANIMALES. LOS SERES VIVOS, ESPECIALMENTE LAS PLANTAS, CONTRIBUYEN CON UN 10% AL AGUA QUE SE INCORPORA A LA ATMSFERA. EN EL MISMO CAPTULO PODEMOS SITUAR LA SUBLIMACIN, CUANTITATIVAMENTE MUY POCO IMPORTANTE, QUE OCURRE EN LA SUPERFICIE HELADA DE LOS GLACIARES O LA BANQUISA. CONDENSACIN. EL AGUA EN FORMA DE VAPOR SUBE Y SE CONDENSA FORMANDO LAS NUBES, CONSTITUIDAS POR AGUA EN PEQUEAS GOTAS.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA PRECIPITACIN. SE PRODUCE CUANDO LAS GOTAS DE AGUA QUE FORMAN LAS NUBES SE ENFRAN ACELERNDOSE LA CONDENSACIN Y UNINDOSE LAS GOTITAS DE AGUA PARA FORMAR GOTAS MAYORES QUE TERMINAN POR PRECIPITARSE A LA SUPERFICIE TERRESTRE EN RAZN A SU MAYOR PESO. LA PRECIPITACIN PUEDE SER SLIDA (NIEVE O GRANIZO) O LQUIDA (LLUVIA).


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA INFILTRACIN OCURRE CUANDO EL AGUA QUE ALCANZA EL SUELO, PENETRA A TRAVS DE SUS POROS Y PASA A SER SUBTERRNEA. LA PROPORCIN DE AGUA QUE SE INFILTRA Y LA QUE CIRCULA EN SUPERFICIE (ESCORRENTA) DEPENDE DE LA PERMEABILIDAD DEL SUSTRATO, DE LA PENDIENTE Y DE LA COBERTURA VEGETAL. PARTE DEL AGUA INFILTRADA VUELVE A LA ATMSFERA POR EVAPORACIN O, MS AN, POR LA TRANSPIRACIN DE LAS PLANTAS, QUE LA EXTRAEN CON RACES MS O MENOS EXTENSAS Y PROFUNDAS. OTRA PARTE SE INCORPORA A LOS ACUFEROS, NIVELES QUE CONTIENEN AGUA ESTANCADA O CIRCULANTE. PARTE DEL AGUA SUBTERRNEA ALCANZA LA SUPERFICIE ALL DONDE LOS ACUFEROS, POR LAS CIRCUNSTANCIAS TOPOGRFICAS, INTERSECAN (ES DECIR, CORTAN) LA SUPERFICIE DEL TERRENO.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA ESCORRENTA: ESTE TRMINO SE REFIERE A LOS DIVERSOS MEDIOS POR LOS QUE EL AGUA LQUIDA SE DESLIZA CUESTA ABAJO POR LA SUPERFICIE DEL TERRENO. EN LOS CLIMAS NO EXCEPCIONALMENTE SECOS, INCLUIDOS LA MAYORA DE LOS LLAMADOS DESRTICOS, LA ESCORRENTA ES EL PRINCIPAL AGENTE GEOLGICO DE EROSIN Y DE TRANSPORTE DE SEDIMENTOS.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA CIRCULACIN SUBTERRNEA: SE PRODUCE A FAVOR DE LA GRAVEDAD, COMO LA ESCORRENTA SUPERFICIAL, DE LA QUE SE PUEDE CONSIDERAR UNA VERSIN. SE PRESENTA EN DOS MODALIDADES:PRIMERO, LA QUE SE DA EN LA ZONA VADOSA, ESPECIALMENTE EN ROCAS KARSTIFICADAS, COMO SON A MENUDO LAS CALIZAS, Y ES UNA CIRCULACIN SIEMPRE PENDIENTE ABAJO.SEGUNDO, LA QUE OCURRE EN LOS ACUFEROS EN FORMA DE AGUA INTERSTICIAL QUE LLENA LOS POROS DE UNA ROCA PERMEABLE, DE LA CUAL PUEDE INCLUSO REMONTAR POR FENMENOS EN LOS QUE INTERVIENEN LA PRESIN Y LA CAPILARIDAD.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA FUSIN: ESTE CAMBIO DE ESTADO SE PRODUCE CUANDO LA NIEVE PASA A ESTADO LQUIDO AL PRODUCIRSE EL DESHIELO.


DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA SOLIDIFICACIN: AL DISMINUIR LA TEMPERATURA EN EL INTERIOR DE UNA NUBE POR DEBAJO DE 0 C, EL VAPOR DE AGUA O EL AGUA MISMA SE CONGELAN, PRECIPITNDOSE EN FORMA DE NIEVE O GRANIZO, SIENDO LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LOS DOS CONCEPTOS QUE EN EL CASO DE LA NIEVE SE TRATA DE UNA SOLIDIFICACIN DEL AGUA DE LA NUBE QUE SE PRESENTA POR LO GENERAL A BAJA ALTURA: AL IRSE CONGELANDO LA HUMEDAD Y LAS PEQUEAS GOTAS DE AGUA DE LA NUBE, SE FORMAN COPOS DE NIEVE, CRISTALES DE HIELO POLIMRFICOS (ES DECIR, QUE ADOPTAN NUMEROSAS FORMAS VISIBLES AL MICROSCOPIO), MIENTRAS QUE EN EL CASO DEL GRANIZO, ES EL ASCENSO RPIDO DE LAS GOTAS DE AGUA QUE FORMAN UNA NUBE LO QUE DA ORIGEN A LA FORMACIN DE HIELO, EL CUAL VA FORMANDO EL GRANIZO Y AUMENTANDO DE TAMAO CON ESE ASCENSOING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA SOLIDIFICACIN: CUANDO SOBRE LA SUPERFICIE DEL MAR SE PRODUCE UNA MANGA DE AGUA (ESPECIE DE TORNADO QUE SE PRODUCE SOBRE LA SUPERFICIE DEL MAR CUANDO EST MUY CALDEADA POR EL SOL) ESTE HIELO SE ORIGINA EN EL ASCENSO DE AGUA POR ADHERENCIA DEL VAPOR Y AGUA AL NCLEO CONGELADO DE LAS GRANDES GOTAS DE AGUA EL PROCESO SE REPITE DESDE EL INICIO, CONSECUTIVAMENTE POR LO QUE NUNCA SE TERMINA, NI SE AGOTA EL AGUA.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICOING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALSE DENOMINA CAUDAL EN HIDROLOGA Y, EN GENERAL, EN GEOGRAFA FSICA, AL VOLUMEN DE AGUA QUE CIRCULA POR EL CAUCE DE UN RIO EN UN LUGAR Y TIEMPO DETERMINADOS. SE REFIERE FUNDAMENTALMENTE AL VOLUMEN HIDRULICO DE LA ESCORRENTA DE UNA CUENCA HIDROGRFICA, CONCENTRADA EN EL RO PRINCIPAL DE LA MISMA. SUELE MEDIRSE EN M/SE, LO CUAL GENERA UN VALOR ANUAL MEDIDO EN M O EN HM (HECTMETROS CBICOS: UN HM EQUIVALE A UN MILLN DE M) QUE PUEDE EMPLEARSE PARA PLANIFICAR LOS RECURSOS HIDROLGICOS Y SU USO A TRAVS DE EMBALSES Y OBRAS DE CANALIZACINING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALEn Dinmica de los Fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumtrico o volumen que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo msico o masa que pasa por un rea dada en la unidad de tiempo. El caudal de un rio puede calcularse a travs de la siguiente frmula: Q= Av dondeQ Caudal ([L3T1]; m3/s)A Es el rea ([L2]; m2)Es la velocidad lineal promedio. ([LT1]; m/s)ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALLa medicin prctica del caudal lquido para asi pode disear las diversas Obras Hidraulicas, tiene una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidrulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Existen diversos procedimientos para la determinacin del caudal instantneo, entre las que se presentan el basado en la geometra de la seccin y la velocidad media del flujo, en la velocidad media de un flujo y aquellos basado en la dilucin de trazadores.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALCaudal instantneo: como su nombre lo dice, es el caudal que se determina en un instante determinado. Su determinacin se hace en forma indirecta, determinado el nivel del agua en el ro (N0), e interpolando el caudal en la curva calibrada de la seccin determinada precedentemente. Se expresa en m3/s. Donde : Q0 = F0 (N0)ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDAL Seccin de aforo: de un rio, o canal es un local, ya sea natural o preparado para tal efecto, en el cual se ha determinado la curva cota - caudal. De esa forma, cuando se requiere, midiendo el nivel, con una regla graduada implantada en el lugar, por interpolacin en la curva, se podr determinar el caudal lquido en la seccin.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALING. WILLIAM J. LOPEZ A.* Seccin de aforo: se encuentra equipada con limngrafo y dispositivo para efectuar mediciones directas de caudal.

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDAL Caudal medio mensual: El caudal medio mensual es la media de los caudales medios diarios del mes en examen (M = nmero de das del mes, 28; 30; o, 31, segn corresponda) y se expresa en m3/s.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-CAUDALCaudal medio anual: El caudal medio anual es la media de los caudales medios mensuales y se expresa en m3/s.


Limnigrafo: Se trata de un instrumento de precisin adecuado para registrar, en funcin del tiempo, las fluctuaciones del nivel de la superficie de: lagos, cursos de agua, depsitos, niveles freticas, etc. Las caractersticas de diseo lo hacen especialmente aplicable en aquellas zonas donde no se cuenta con la posibilidad de atencin frecuente y las condiciones atmosfricas pueden ser severas.

*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

Obtencion de Precipitaciones y Periodo de Retorno: La estimacin de la lluvia con un determinado periodo de retorno se realiza a partir de los valores de lluvia diarias, entre otras cosas porque el nmero de estaciones que realizan medidas diarias tienen mayor densidad. La designacin de los periodos de retorno a las lluvias se hace mediante clculos estadsticos, y el modelo que utilicemos y la forma de estimar sus parmetros sern determinantes a la hora de obtener los resultados.*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

Obtencion de Precipitaciones y Periodo de Retorno: Los clculos se pueden realizar con los datos de precipitaciones, caudales mximos anuales instantneos obtenidos de una estacin meteorolgica, a los cuales ha sido necesario aplicar una serie de mtodos estadsticos para el clculo de los caudales de avenida. En nuestro caso hemos aplicado el mtodo de Gumbel.*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

Metodo de Gumbel: La distribucin Gumbel se utiliza para el clculo de valores extremos de variables meteorolgicas (entre ellas precipitaciones y caudales mximos) y es uno de los mtodos ms empleados para el estudio de las precipitaciones mximas en 24 horas. El "valor mximo" que se quiere determinar para un determinado perodo de retorno se determina por medio de la expresin: Xt = ms + Kt*S. Donde:Xt = Valor mximo (caudal o precipitacin) para un periodo de retorno. ms = Media de la muestra.Kt = Factor de frecuencia.S = Desviacin tpica de la muestra.


Metodo de Gumbel: El valor de la variable Kt se estima a partir del conocimiento del perodo de retorno en aos y del nmero de aos disponibles en la serie. K = (Yt my)/Sy.Yt : variable de Gumbel para el perodo de retorno T, se determina a partir del valor del perodo de retorno. Yt = -ln ln ( ). Ver Ejemplo Modelo


Metodo Racional : Es utilizado en Hidrologa para determinar el Caudal Instantneo Mximo de descarga de una Cuenca Hidrogrfica. La frmula bsica del mtodo racional es: Qp = C.ic.Ad Donde: Qp = Caudal mximo expresado en m3/s C = Coeficiente de escurrimiento (o coeficiente de escorrenta) ic = Intensidad de la precipitacin concentrada en m/s en un perodo igual al tiempo de concentracin tc Ad = rea de la cuenca hidrogrfica en m2. ic = i.tc/ ti Donde: i = Intensidad de precipitacin en m/s tc = Tiempo de concentracin en segundos ti = Tiempo durante el que se midi la Intensidad de precipitacin en segundos.*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

Yetogramas: de diseo se construyen a partir de los datos anteriores. Para esto se construyen las curvas de intensidad duracin frecuencia (IDF) asociadas a los periodos de retorno antes considerados. Estas curvas IDF nos dan una idea de la intensidad media mxima para un periodo de retorno determinado que se puede esperar de una duracin de lluvia. Para calcular estas IDF se aplic en mtodo de Tmez (1978): (It / Id )= ( Il /Id )(28^0.1- t^0.1) / (28^0.1-1), donde- It es la intensidad media mxima en mm / h- Id es la intensidad media diaria de precipitacin mm / h- Pd es la precipitacin diaria en mm- Il es la intensidad horaria de precipitacin mm/ h- T es la duracin en horas del intervalo al que se refiere la intensidad- Il / Id es un parmetro que depende de la zona de estudioAs se obtienen las curvas IDF sin tener datos de precipitacin en intervalos menores de un da.*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

Hidrogramas: Con estos datos de precipitacin efectiva se calcula el hidrograma unitario, que expresa la circulacin del agua por la cuenca. Hemos utilizado varios mtodos para el clculo de este hidrograma: Hidrograma adimensional del SCS, Hidrograma triangular de Tmez, Hidrograma triangular del SCS ( USBR ). Hay que realizar al menos dos mtodos para poder contrastar los resultados. Adems calcularemos el caudal punta mediante el mtodo racional para poder compararlo con los obtenidos en los mtodos anteriores. *ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULOHidrograma: es un grfico que muestra la variacin en el tiempo de alguna informacin hidrolgica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, etc. para un rio, o canal, si bien tpicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el grfico de la descarga (L3/T) de un flujo en funcin del tiempo. stos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en perennes y en intermitentes.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASHIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULOHidrograma: Los hidrogramas son tiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrogrficas, para as conocer las diferencias entre sus capacidades de respuesta ante avenidas.ING. WILLIAM J. LOPEZ A.*

DISEO DE OBRAS HIDRAULICASBIBLIOGRAFIARoca, Vila (1978) INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS. Editorial Limusa. Mxico. Bolinaga, Juan. (1999). PROYECTOS DE INGENIERIA HIDRAULICA. Tomo I. Fundacin Polar. Caracas. Venezuela.http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A1ulica)


BIBLIOGRAFIA:http://es.wikipedia.org/wikiwww.geovirtual.cl/Geoestructuralhttp://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/EROSION.pdfhttp://www.aplicaciones.info/naturales/natura05.htmGUEVARA PREZ, Edilberto / CARTAYA DI LENA, Humberto. (1991). Hidrologa para Ingenieros. Editorial McGraw Hill. Segunda Edicin. MxicoMONSALVE SAENZ, GERMN. (1999). Hidrologa en la Ingeniera. Alfaomega Grupo Editor, S.A. Segunda Edicin. Bogota, Colombia.http://www.bing.com/search?q=Limnigrafo&src=IE-SearchBox&FORM=IE8SRC

*ING. WILLIAM LOPEZDISEO DE OBRAS HIDRAULICASBIBLIOGRAFIA

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