Caudal Maximo

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hidrologia

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MTODOS PARA CLCULO DE LA PRECIPITACIN MEDIA DE LA CUENCA

MTODOS PARA CLCULO DE LA PRECIPITACIN MEDIA DE LA CUENCA2013

UNIVERSIDAD PERUANA LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERIA CIVIL

HIDROLOGIA

DOCENTE: Ing. No Zamora Talaverano

ALUMNA: Valdez Espinoza, Evelyn

TEMA: *CAUDALES MXIMOS *TIEMPO DE RETORNO*TIEMPO DE CONCENTRACIN*CURVA DE DURACION

CICLO: 2013

TURNO: MAANA

INDICE

CONTENIDO1. INTRODUCCIN 2. CAUDALES MAXIMOSa) Metodologa b) Caractersticas Fisiogrficas c) Clculos Hidrolgicos 3. TIEMPO DE RETORNO4. TIEMPO DE CONCENTRACIN5. CURVA DE DURACIN4. BIBLIOGRAFIA

INTRODUCCION

El presente documento pretende efectuar un breve repaso de los mtodos ms usuales disponibles para la estimacin de Qmax, tales como:Los procesos fsicos que aborda la hidrologa involucran tantas variables, que su estudio, desde un enfoque puramente determinstico, resulta poco til para la Ingeniera Hidrolgica, puesto que en la resolucin de problemas reales normalmente no se dispone de los niveles de informacin necesarios para abordar este tipo de planteamientos. Con frecuencia, es necesario partir de un conjunto de hechos observados y mediante anlisis empricos o conceptuales, definir las magnitudes y frecuencias de volmenes de escurrimiento y caudales de conduccin.En el presente documento se presentan los principales mtodos para la estimacin de las mximas avenidas que pueden presentarse durante la vida til de la obra, con el fin de disear de forma adecuada las estructuras necesarias que permitan su trnsito sin producir daos a las obras.

1. CAUDALES MAXIMOSCorresponde al caudal mximo registrado (o esperado) en un aprovechamiento; este valor es de especial inters para el diseo de las obras civiles (azud, canal de conduccin, vertederos, etc.) pues stas deben estar en capacidad estructural de soportar estos caudales de crecida.La caracterstica estacional de las afluencias permite determinar un Periodo de retorno asociado con el cual se disean las obras de desvo y captacin. Segn la OLADE los periodos de retorno recomendado para la captacin son los siguientes:Conceptos Bsicos de Hidrologa Microcentrales: 20 a 25 aos Minicentrales: 50 a 100 aos Pequeas centrales: 100 a 150 aos1.1 Caudales Mximos a) Metodologa Se aplicarn la metodologa del Mtodo Racional para estimar la escorrenta mxima instantnea, ya que la aplicacin del hidrograma unitario sinttico est condicionada a cuencas mayores a 25 Km2. Mtodo Racional La expresin a utilizar es la siguiente:

Siendo:Q = Caudal mximo en m3/s C = Coeficiente de escorrenta de la cuenca I = Intensidad de la lluvia de diseo en mm/hr A = rea Aportante en Km2

La intensidad de la lluvia de diseo corresponde a la de duracin igual al tiempo de concentracin del rea y de frecuencia o perodo de retorno seleccionado para este proyecto. El Tiempo de Concentracin del rea se define como el tiempo necesario para que la partcula de agua hidrulicamente ms alejada, alcance la salida. Su clculo se realizar con la expresin Giandotti que entrega valores razonables para cuencas menores, con red de cauces y secciones definidas.

Donde: TC = Tiempo de concentracin en hr L = Longitud del cauce principal de agua en Km H = Desnivel en metros desde la cota media y el punto de salidab) Caractersticas Fisiogrficas Se han medido las caractersticas fisiogrficas de las cuencas, cuyos resultados son los siguientes: Cuadro 1Caractersticas FisiogrficasCuencaSup. Km2L KmDesnivel Medio mt

Quebrada sin nombre0.210.535

Los valores se obtuvieron de la medicin directa de la topografa efectuada al predio y que se incluye en los planos adjuntos.c) Clculos Hidrolgicos El tiempo de concentracin, para los valores antes indicados es:

TC = 0,55 hr La intensidad de la lluvia de diseo se determinar aplicando la expresin de Grunsky:

Siendo I la intensidad de la lluvia de diseo y P24 la precipitacin en 24 horas para diferentes perodos de retorno. Las precipitaciones en 24 horas para distintos perodos de retorno, se obtienen del estudio de Precipitaciones Mximas en 1, 2 y 3 das, de la DGA y haciendo uso de los coeficiente de duracin y frecuencia para la zona en estudio.

Luego, con los datos anteriores, se calculan las diferentes intensidades de la lluvia de diseo.

El valor de la intensidad para un T de 250 aos se obtiene de un ajuste a los datos anteriores mediante una funcin logartmica. Como se apreciar, el ajuste es adecuado y permite extrapolar la recta al perodo de retorno deseado.

El valor de la intensidad de la lluvia de diseo para 250 aos es de 52.1 mm/hr. Por ltimo, queda por determinar el coeficiente de escorrenta. En el mtodo de la frmula racional, este valor depende de las caractersticas del terreno, uso y manejo del suelo, condiciones de infiltracin, etc. Utilizaremos los factores de ponderacin de la Tabla 3.702.404(1)B del Manual de Carreteras, Vol. 3. En el Cuadro 5 se presentan los clculos y resultados.

Con los resultados valores obtenidos anteriormente, se calcula el caudal para la crecida invernal para el perodo de retorno escogido.

As el Caudal Mximo Instantneo o de Diseo de las obras de seguridad, ser 1.489 m3/s.

2. TIEMPO DE RETORNOPerodo de retorno es uno de los parmetros ms significativos a ser tomado en cuenta en el momento de dimensionar una obra hidrulica destinada a soportar avenidas, como por ejemplo: el vertedero de una presa, los diques para control de inundaciones; o una obra que requiera cruzar un ro o arroyo con seguridad, como puede ser un puente.El periodo de retorno se define como el intervalo de recurrencia (T), al lapso promedio en aos entre la ocurrencia de un evento igual o mayor a una magnitud dada. Este periodo se considera como el inverso de la probabilidad, del m-simo evento de los n registros.El valor del periodo de retorno se determina en funcin de la posicin de la variable aleatoria (Pmx o Qmx en su caso) en una tabla de valores, ordenados de mayor a menor, como se muestra en el Cuadro 1. Con base en las siguientes relaciones:El valor del periodo de retorno se determina en funcin de la posicin de la variable aleatoria (Pmx o Qmx en su caso) en una tabla de valores, ordenados de mayor a menor, como se muestra en el Cuadro 1. Con base en las siguientes relaciones:

Donde:T = Perodo de retorno (aos).n = Numero de aos de registro.m = Nmero de orden.P = Probabilidad.

El perodo de retorno para el que se debe dimensionar una obra vara en funcin de la importancia de la misma (inters econmico, socio-econmico, estratgico, turstico), de la existencia de otras vas alternativas capaces de remplazarla, y de los daos que implicara su ruptura: prdida de vidas humanas, costo y duracin de la reconstruccin, costo del no funcionamiento de la obra, etc.En presas pequeas, para la seleccin del perodo de retorno, se utiliza el Cuadro 2, y se determina en funcin de la categora de la presa.

2.1 ESTIMACIN DE LA AVENIDA MXIMA O ESCURRIMIENTO MXIMOEl mtodo que se use depender de los siguientes factores:1) Disponibilidad de datos hidromtricos en el sitio de la obra o cerca de ella.2) De las dimensiones del proyecto y la magnitud de los daos que ocasionara el fracaso de la obra.Considerando los factores enunciados, para el proyecto de obras de excedencias en pequeas presas, o embalses definidos por un dique de altura con una capacidad inferior a 100,000m3 y altura entre 10 y 15 metros (Dal-R, 2003), se presentan los siguientes casos:1) Sin construcciones ni cultivos aguas abajo.La capacidad de la obra de excedencias en este caso puede estimarse por simple inspeccin de las huellas de aguas mximas en el cauce, en puentes, alcantarillas o en sitios donde la observacin sea fcil y perfectamente delimitada. Para la determinacin de la avenida mxima en este caso, puede usarse el mtodo de seccin y pendiente, eligiendo un tramo recto del cauce de 200 m de longitud, aproximadamente, donde puedan obtenerse las secciones hasta las huellas de aguas mximas. Se comparar el caudal as determinado, con el que se obtenga al tomar un 25% del calculado por medio de la frmula de Creager, que se expone ms adelante. Este caudal mximo ser definitivo si no se dispone de otros elementos de juicio. 2) Con construcciones y cultivos aguas abajo.Como en el caso anterior, comparar el valor del mtodo de la seccin y pendiente, con el obtenido de tomar el 50% del calculado por la frmula de Creager. En caso de poderse obtener los dos valores, el obtenido en el campo representa en forma ms fidedigna las condiciones de avenida mxima, salvo en caso de estimaciones muy discutibles, quedando a criterio y responsabilidad del ingeniero la eleccin final.2.2 ENVOLVENTES DE CREAGERLa idea fundamental de este mtodo es relacionar el gasto mximo (Q) con el rea de la cuenca (Ac).La frmula de Creager para la "Envolvente Mundial" de escurrimientos, es la siguiente:

Donde:Q = Gastos de la avenida mxima en m3/s.C = la SARH tiene evaluado C para cada una de las 37 regiones hidrolgicas del pas.A = rea de la cuenca en Km2Los valores de C para las diferentes regiones hidrolgicas de nuestro pas se reportan en el 2.3 MTODO DE LAS HUELLAS MXIMASEste mtodo se utiliza para estimar el gasto mximo que se present durante una avenida reciente, en un ro donde no se cuenta con ningn otro tipo de aforo. Para su aplicacin se requiere solamente contar con topografa de un tramo del cauce y las marcas del nivel mximo del agua durante el paso de la avenida (Figura 5).

Segn la frmula de Manning, la velocidad es:

Donde: R = Radio hidrulico, m.S Pendiente de la lnea de energa especfica.n = Coeficiente de rugosidad de Manning De la ecuacin de continuidad se tiene que:

Donde:Q = Gastos de la avenida mxima en m3/s.A = rea hidrulica, m2V = velocida