Capitulo 7 Caudales Maximos

8/18/2019 Capitulo 7 Caudales Maximos

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Capitulo VII

CAUDALES MÁXIMOS

MG GEÓG CESAR E CARRERA S


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Caudal Máximo, riada o crecida: es el paso por el rio de caudalesextraordinarios por su gran magnitud , son episodios hidrológicos de gran impacto

en el medio ambiente y la población por lo que obliga dimensionar el diseño

hidrológico


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Para diseñar:

Las dimensiones de un cauce

Sistemas de drenaje: agrícolas, aeropuertos, ciudad, carretera

Muros de encausamiento para proteger ciudades y plantaciones

Alcantarilladlos

Vertederos de demasías

Luz en puentes


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CAUDALES MÁXIMOS = CAUDAL DE DISEÑO

MAGNITUDDEL CAUDALDE DISEÑO

PERIODO DERETORNO

IMPORTANCIA DE LA OBRAVIDA ÚTIL DE LA OBRA


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Periodo de retorno de una avenidaPeriodo de retorno = intervalo de tiempo dentro del cual un evento de

magnitud Q, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio.


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Una avenida de 100 años es menos

frecuente, pero de mayor magnitud, que

una avenida de 25 años.

En promedio, la avenida de 25 años ocurreuna vez cada 25 años y tiene una

probabilidad de excedencia de 1/25, es

decir, del 4 por ciento, en cualquier año

en particular. Eso significa que es cuatro

veces más probable que ocurra que una

avenida de 100 años, la cual sólo tiene

una probabilidad de excedencia del 1 por

ciento en cualquier año en particular.

La avenida de 100 años es de menor

magnitud y 5 veces más frecuente que lamuy infrecuente avenida de 500 años, cuya

probabilidad de ocurrir en un año dado es

de 1/500, es decir, el 0,2 por ciento.


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Periodo de retorno de una avenida


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Si un evento igual o mayor a Q ocurre une vez en T años, su probabilidad de

ocurrencia P, es igual en T casos:

Probabilidades

1. La probabilidad de que Q ocurra en cualquier año

2. La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier año (probabilidad de

ocurrencia de un caudal menor que Q)


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La probabilidad de que el evento ocurra, al menos una vez en años sucesivos, es

conocido como riesgo de falla R.

Con este parámetro R, se puede determinar cuáles son las implicancias de

seleccionar un periodo de retronó dado de una obra, que tiene una vida útil de

n años


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Periodos de retorno recomendados


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. Métodos directos:

Método área velocidad

Dilución con trazadores

2. Métodos indirectos:

Estructuras hidráulicas.

Método área pendiente.

Métodos para estimación de avenidas


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Método de Sección y PendienteEl caudal se calcula después del paso de una avenida, en un tramo del

cauce (secciones transversales).

Procedimiento:

1. Selección de un tramo representativo del rio, que sea profundo que

contenga al nivel de las aguas máximas.

2. Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del tramoelegido y hallar:


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3. Hallar las áreas hidráulicas (A1, A2), los perímetros mojados (P1, P2) y los

radios hidráulicos (R1, R2).

4. Determinar la pendiente S, de la superficie libre del agua con las

huellas de la avenida máxima en análisis.

1 = 1

1 =

1 +

2

=1 +

2

Estiaje

Crecida

Medio

Avenidas

extraordinarias

S


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5. Elegir el coeficiente de rugosidad de Manning de acuerdo a las condiciones

físicas del cauce..


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6. Aplicar la fórmula de Manning para hallar el caudal máximo.


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Supuestos:

La máxima escorrentía ocasionada por una lluvia se produce cuando la duración

de la precipitación es igual al tiempo de concentración (tc). Así toda la cuenca

contribuye con el caudal en el punto de salida.

Si la duración de la precipitación es mayor (precipitación de baja intensidad), que

el tiempo de concentración también toda la cuenca contribuye con el caudal;

pero el caudal es menor.

Si la duración de la lluvia es menor que el tiempo de concentración,

(precipitaciones intensas de corta duración) el agua caída en los puntos

remotos aún no ha llegado a la salida, entonces el caudal es bajo, porque solo

una parte se convierte en escorrentía.

Aplicado a pequeñas cuencas de drenaje aproximadamente 1300 has (13Km2).

Método empírico: el método racional


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Ecuación del método racional

Donde:

Q = caudal máximo en m3/sC = coeficiente de escorrentía, que depende de la cobertura

vegetal, la pendiente y el tipo de suelo sin dimensiones

I = intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempode concentración, y para un periodo de retorno dado, en mm/hr

A = área de la cuenca en has

Q = 360 Q = 3.6


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Calculo del tiempo de concentración tc)

Medida directa usando trazadores

1. Durante una intensa lluvia colocar trazadores en la divisoria de la cuenca.

2. Medir el tiempo que toma el agua para llegar al sitito de interés (estación de

aforo).


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Tomando en cuenta las características hidráulicas de la cuenca.

1. Dividir la corriente en tramos

2. Obtener la capacidad máxima de descarga en cada tramo, utilizando el método

de la sección y pendiente.3. Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga máxima de cada

tramo.

4. Usar la velocidad media y la longitud del tramo para calcular el tiempo

recorrido en cada ramo

5. Sumar los tiempos recorridos para obtener tc.

L


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Estimando velocidades

1. Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel total

entre la longitud total

2. Elegir la velocidad media en función a la pendiente y cobertura3. Con la velocidad media y la longitud total hallar el tiempo de

concentración.


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Usando formulas empíricas

Ecuación de Kirpich

Formula australiana

Formula de George Rivero

Formula del SCS

Usando valores obtenidos por Ramser

Valido para cuencas agrícolas, con pendiente media de 5% y con largo

dos veces el promedio de su ancho.


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Determinación de la intensidad de precipitación

Se determina con la curva IDF (IDT), entrando con una duración igual al tiempo

de concentración y con un periodo de retorno de 10 años que es lo frecuente en

terrenos agrícolas. El periodo de retorno se elige dependiendo del tipo deestructura a diseñar.


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Es la fracción de agua de una aparte de la precipitación que llega al cauce de

evacuación. No tiene dimensiones y se representa por la letra C.

Determinación del coeficiente de escorrentía

Cuando la cuenca presenta una superficie de diferentes características, el valorse C se obtiene como una media ponderada.

C =V escorrentía superficial total

V precipitacion total


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El valor de C depende de factores geográficos, topográficos, edafológicos,

cobertura vegetal.

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