Estudio Hidrologico Venus

Memoria Técnica

PROYECTO: ESTUDIO TOPOHIDRAÚLICO DEL PUENTE CIRCUITO VENUS

CORRIENTE: ARROYO CARNEROS

UBICACIÓN:

LOCALIZACIÓN:

XALAPA, VER.

19° 32’ 03” Latitud Norte; 96° 56’ 28”Longitud Oeste

CONTENIDO:

ESTUDIO HIDROLOGICO.

ESTUDIO HIDRÁULICO.

CONCLUSIÓN

HIDROGRAFÍA:

Sitio de Estudio

El Río o Arroyo Carneros localiza en la Región Hidrológica No. 28, pertenece a la cuenca hidrográfica del Río La Antigua; el sitio en estudio se ubica al Suroeste de la localidad de Xalapa, Ver.; su cuenca tiene una extensión aproximada al punto de cruce de 15.40 Km 2, el cauce tiene una longitud aproximada de 9.95 km., con una pendiente promedio de 3.11 %.

BASE DE DATOS:

Con la información obtenida en la Comisión Nacional del Agua, correspondiente a las lluvias acumuladas en 24 hrs. de la estación climatológica Xalapa, Ver., más cercana al sitio de estudio, mismas que se muestran en la tabla anexa.

DETERMINACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA.

Para la determinación de la Hmáx., se aplicaron los métodos matemáticos Básico Racional, Ven Te Chow e Hidrograma Triangular Unitario y de acuerdo al procedimiento siguiente:

DETERMINACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN MÁXIMA.

En el cuadro anterior se determino por medios estadísticos la altura de precipitación de diseño para estructuras en corrientes libres como son los obras de cruce con tubería, de Tr = 50 años, conforme a las normas de diseño hidráulico establecidas CNA para este tipo obras; en la que se pueden observar el resultado obtenido por el método Gumbel es similar al promedio obtenido.

La lluvia máxima puntual se calcula con la formula:

sustituyendo valores en la ecuación tenemos que:

CARACTERÍSTICAS FISIOGRÁFICAS DE SUPERFICIE DRENADA.

Con apoyo en las cartas topográficas de INEGI, en la siguiente hoja, se determinó el área de la cuenca Ac, la Longitud de la Corriente Principal así como su Pendiente por el método de Taylor - Schwarz.

PUNTO DISTANCIA DESNIVEL PEND. l/s1^0.5 Sm1 0 2 200 100 0.500 282.84 3 550 100 0.182 1289.86 4 1375 100 0.073 5098.64 5 1550 100 0.065 6102.36 6 4950 100 0.020 34826.34 7 825 20 0.024 5298.66 8 500 10 0.020 3535.53

SUMA 9950 56434.2 0.031086

De acuerdo con la cartografía disponible y a al conocimiento físico de la cuenca drenada por esta corriente e uso y cobertura del suelo se distribuye de la siguiente manera:

USO (CONDICIONES DE COBERTURA)TIPO DE SUELO

A B C D ResultadoBosques Cultivados (50%) 75 37.50

Caminos (20%) 82 16.40Cultivos en surco (30%) 80 24.00

Numero de escurrimiento “N” 77.90

La lluvia media para la cuenca se determina con la fórmula:

DESARROLLO DEL MÉTODO RACIONAL BÁSICO.Determinación del tiempo de concentración tc en horas, con los métodos de:

Kirpich:/ Rowe:

de Chow: (según cuencas mayores a 250 km2 o cuencas grandes):

Dado que el tiempo de concentración es menor a 24 h, la lluvia correspondiente a este valor del tiempo, se determinará con la fórmula siguiente para lo cual el valor empleado de e = 0.61

El valor empleado de e= 0.629 según el intervalo de tc, K se determina con la fórmula siguiente:

, con el valor K podemos establecer el valor de la precipitación media acumulada (Xa) en el tiempo tc, mediante

la fórmula:

K = ((1 – 0.629*(193.03)/(24 (1-0.63)) = 22.03

Calculamos la pérdida por evaporación (en mm) con:

Y= YE Tc = 0.135 *1.48= 0.20 mm, donde: YE varía con la localidad geográfica de la cuenca, características climáticas y época del año, se expresa en mm/hora. En términos generales, se puede considerar: 0.25 a 0.10 desde zonas secas,

áridas, calientes a zonas húmedas calientes. En zonas frías puede ser menor a 0.10. Adoptamos para este caso el valor de 0.135.

Calculamos la pérdida por infiltración Zi (en mm) con:

K´ = ((1-u) 24 )/(24(1-u)) Considerando un índice medio en 24 horas varía desde 0.5 a 1.00 mm/hr en suelos finos arcilloso y algunos salinos, 1.00 a 2.00 mm/hr en suelos francos (areno-limo-arcilloso), de 2.00 a 3.0 mm/hr en suelos areno-limosos y 3.0 a 4.0 mm/hr o más en suelos arenosos, gruesos y profundos. Para este caso se aplica el valor de 2 a 3 mm/hora y con distribución exponencial de u= 0.40, tenemos:

K´ = ((1 -0.40)*(24))/(24(1-0.40)24) = 2.14 Y Zi = (2.14*1.48(1-0.40))/(1-0.40) = 4.51 mm:

0.81 El coeficiente de escurrimiento Ce correspondiente al valor de almacenaje en depresiones e interrupciones por

la cubierta vegetal en esta cuenca , donde m es una fracción en decimal de la lluvia que se almacena en depresiones de la superficie y huecos del suelo e interceptada por la cubierta vegetal. Los valores de m varían: 0.00 a 0.05 para suelo duro, seco, compacto, vegetación rala y sin depresiones; 0.05 a 0.10 para suelo compacto, vegetación normal, saturados, con algunas depresiones en la superficie; 0.10 a 0.30 o más para suelos labrados, cultivados, saturados y según la rotura del suelo. En este caso se adopta m = 0.20.

La precipitación en exceso, o de escurrimiento Pe (donde Xa= 68.75 mm y N=77.90

de donde el coeficiente de escurrimiento es CE = Pe

Xa CE =23.36/68.75=0.34

El coeficiente de escurrimiento normalmente se determina como el promedio obtenido en ambos métodos, así:

CC CE R

( )

2 = (0.34+0.81)/2 = 0.57

pero en éste caso, por ser una cuenca pequeña para la cual el Método Racional Básico no es muy confiable, se optará por emplear el coeficiente de escurrimiento calculado con la precipitación en exceso: C = 0.57 y aplicando el valor 1.5 Para cuencas que por las condiciones del cauce y cubierta vegetal es de esperarse un efecto atenuador sobre el pico de la creciente, según las condiciones de la cuenca, el cual es tomado de la siguiente tabla: El gasto máximo ordinario aplicando la formula del Método Racional Básico, para un periodo de retorno de 100 años

Qmáx= C

.

A X

t

c a

c7 2 [(1.5 x 0.57 x 1.48 x 68.75)/(7.2 x 1.48)]= 50.50 m 3 /seg

El Gasto de Q= 50.50 m3/s

MÉTODO DE VEN TE CHOW:

La precipitación en exceso determinada anteriormente es: Pe = 23.36 mm

el tiempo de retraso es (en cuencas pequeñas es aproximadamente igual a tc):

tc= 1.26 hrs; tr = 1.26 hrs.

El tiempo de pico tp; tp= tc½+0.6 tc= 1.261/2 + 0.6x1.26=1.88 hr.

La duración de escurrimiento directo se obtiene de: de = 2(tc)½ = 2 (1.261/2) = 2.24 hrs.El tiempo base del escurrimiento tb se obtiene de: tb = 2.67tp = 2.67 x 1.88 = 5.01 hrs.Z, para la relación d/tr d/tr =2.24/1.26 = 1.78; Z, de la curva de d/tr es de 0.90Finalmente el gasto máximo ordinario de diseño aplicando la fórmula del Método de Ven Te Chow es:

Qp = 0 278. P A Z

d

e c

e

Donde; Pe= 23.36 mm, Ac= 15.5 km2, Z= 0.90 y de =2.24 hrs

El Gasto de Q = 40.30 m3/s

METODO DEL HIDROGRAMA TRIANGULAR UNITARIO

El coeficiente de escurrimiento es C= Pe

Xa0.34, los intervalos del hietograma de análisis de la tormenta son de 1.00 hr.

intervalo Xa Hietograma He Hidrograma

1 0.04 68.75 2.75 23.36 0

2 0.048 3.30 0

3 0.088 6.05 0

4 0.222 15.26 6.32

5 0.378 25.99 17.05

6 0.122 8.39 0

7 0.057 3.92 0

8 0.045 3.09 0

2.75 3.306.05

15.26

25.99

8.39

3.92 3.09

0.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30.00

Esc

urr

imie

nto

mm

/hr

Hietograma

Inetrvalo en Hr

Arroyo Carneros

HIDROGRAMA DE LA AVENIDA:

Intervalo K He Ac n tc tp Qp

4 0.556 6.32 15.47 2 1.48 1.24 21.92

5 0.556 17.05 15.47 2 1.48 2.24 32.73

6 0.556 0.00 15.47 2 1.48 3.24 0

Hidrograma de la Avenida

0 0 0

21.92

32.73

0 0 00

5

10

15

20

25

30

35

1 2 3 4 5 6 7 8

Intervalo

Gas

to M

3/s

El valor del gasto unitario es: qu= 0.556 (A

t

c

b) qu =0.556 x 15.5/2Tb =

El gasto máximo ordinario aplicando el Método del Hidrograma Triangular Unitario es: Qmax = 2.15 m3/s

RESULTADOS:

Método Para TR=100 años

Racional básico 50.91

Ven Te Chow 40.30

Hidrograma Unitario Triangular 32.73

Promedio 41.31

CONCLUSIONES:

Considerando las normas hidrológicas e hidráulicas de CNA, el periodo de retorno para el tipo de vía de comunicación de que se trata corresponde a un Tr=100 años, por lo que, se recomienda utilizar el gasto obtenido por Ven te Chow, que similar al promedio de los gasto determinados con los métodos arriba indicados, y en los demás cálculos utilizaremos el gasto Q= 40.30 m 3 /s para Tr=100 años.

Análisis hidráulico:

De la aplicación de modelo matemático HEC RAS se obtuvieron los resultados mostrados en la tabla siguiente:

RAS Plan: Plan 01 Río o Arroyo Carneros

Q Total Min Ch El W.S. Elev Crit W.S. E.G. Elev E.G. Slope Vel Chnl Flow Area Top Width Froude # Chl

(m3/s) (m) (m) (m) (m) (m/m) (m/s) (m2) (m)

0+020 40.30 99.45 101.69 101.69 102.32 0.013658 3.53 11.43 9.04 1.000+040 40.30 98.87 100.55 100.55 101.18 0.013690 3.50 11.52 9.26 1.000+080 40.30 97.75 99.78 100.24 0.009138 3.00 13.44 10.17 0.830+100 40.30 97.43 99.91 100.07 0.002160 1.75 22.99 13.52 0.430+120 40.30 97.25 99.53 99.97 0.007166 2.95 13.89 8.85 0.750+140 40.30 96.65 99.64 99.81 0.002157 1.81 22.22 11.51 0.420+160 40.30 96.57 98.94 98.94 99.67 0.015120 3.77 10.69 7.52 1.01

0+172.76 40.30 96.20 98.74 98.63 99.32 0.010984 3.37 11.96 8.45 0.904.2 Bridge

0+180 40.30 96.01 98.07 98.61 0.010349 3.26 12.38 9.22 0.900+200 40.30 95.70 97.88 98.39 0.010638 3.15 12.79 10.13 0.900+240 40.30 95.38 97.50 98.01 0.008625 3.16 12.88 9.32 0.840+280 40.30 94.86 96.85 96.85 97.56 0.013657 3.72 10.83 7.76 1.01

El gradiente hidráulico en el tramo analizado presenta el siguiente comportamiento.

0 50 100 150 200 250 30094

95

96

97

98

99

100

101

102

103

ArroyoCarneros Corrida 1 FLUJO LIBRE 16/01/2007 Flow: Transito Tr=100 años 40.30 m3/s

Main Channel Distance (m)

Ele

vatio

n (

m)

Legend

E G P F 1

WS PF 1

Crit P F 1

Ground

LOB

Af luente

4 6 8 10 12 14 1699.0

99.5

100.0

100.5

101.0

101.5

102.0

102.5


River = Carneros Reach = Afluente 0+020 Aguas Arriba

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

4 6 8 10 12 14 1698.5

99.0

99.5

100.0

100.5

101.0

101.5


River = Carneros Reach = Afluente 0+040

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

4 6 8 10 12 14 16 1897

98

99

100

101

102



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1897.0

97.5

98.0

98.5

99.0

99.5

100.0

100.5

101.0



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035

4 6 8 10 12 14 16 18 2096.5

97.0

97.5

98.0

98.5

99.0

99.5

100.0



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035

4 6 8 10 12 14 16 1896

97

98

99

100

101



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1896

97

98

99

100

101


River = Carneros Reach = Afluente 0+172.76

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1896

97

98

99

100

101

102

ArroyoCarneros Corrida 1 FLUJO LIBRE 16/01/2007 Flow: Transito Tr=100 años 40.30 m3/sRiver = Carneros Reach = Afluente

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 5 10 15 2096

97

98

99

100

101

102

ArroyoCarneros Corrida 1 FLUJO LIBRE 16/01/2007 Flow: Transito Tr=100 años 40.30 m3/sRiver = Carneros Reach = Afluente

Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 5 10 15 2096

97

98

99

100



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 2 4 6 8 10 12 14 16 1895.5

96.0

96.5

97.0

97.5

98.0

98.5

99.0

99.5



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035

0 2 4 6 8 10 12 14 1695.0

95.5

96.0

96.5

97.0

97.5

98.0

98.5

99.0



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)

Legend

EG PF 1

WS PF 1

Ground

Bank Sta

.035 .035

-10 -8 -6 -4 -2 0 2 494.5

95.0

95.5

96.0

96.5

97.0

97.5

98.0

98.5



Station (m)

Ele

vatio

n (m

)Legend

EG PF 1

WS PF 1

Crit PF 1

Ground

Bank Sta

.035


Transito de la creciente de diseño de 40.3 m3/s

Documents

Estudio Hidrologico Venus