calculo de avenidas

58
Calculo de Avenidas, Análisis Calculo de Avenidas, Análisis de Riesgos, cuencas de Riesgos, cuencas amortiguadoras, trampolines de amortiguadoras, trampolines de lanzamiento, desagues lanzamiento, desagues profundos. profundos. Presentado por: Presentado por: Wilber Fredy Quispe Wilber Fredy Quispe Vargas Vargas

Upload: wilberfred

Post on 14-Feb-2015

91 views

Category:

Documents


3 download

TRANSCRIPT

Page 1: Calculo de Avenidas

Calculo de Avenidas, Análisis de Calculo de Avenidas, Análisis de Riesgos, cuencas amortiguadoras, Riesgos, cuencas amortiguadoras,

trampolines de lanzamiento, trampolines de lanzamiento, desagues profundos.desagues profundos.

Presentado por:Presentado por:

Wilber Fredy Quispe Wilber Fredy Quispe VargasVargas

Page 2: Calculo de Avenidas

IntroducciónIntroducción

• Importancia del análisis de caudales máximos:Importancia del análisis de caudales máximos:– Diseño:Diseño:

• Sistemas de drenajeSistemas de drenaje– AgrícolasAgrícolas– AeropuertosAeropuertos– CiudadesCiudades– CarreterasCarreteras

• Muros de encauzamiento para proteger ciudades y plantacionesMuros de encauzamiento para proteger ciudades y plantaciones• AlcantarillasAlcantarillas• Vertedores de excesosVertedores de excesos• Luz en puentesLuz en puentes

– Magnitud del Q de diseño depende de:Magnitud del Q de diseño depende de:• Importancia y costo de la obraImportancia y costo de la obra• Vida útil de la obraVida útil de la obra• Consecuencias de la falla de la obra (daños a infraestructura, vidas Consecuencias de la falla de la obra (daños a infraestructura, vidas

humanas, etc).humanas, etc).– Estos factores determinarán el período de retorno que se asuma para el Estos factores determinarán el período de retorno que se asuma para el

diseño.diseño.

Page 3: Calculo de Avenidas

Capítulo 6Capítulo 6Período de retorno de una Período de retorno de una avenidaavenida• Período de retorno (T) para un caudal de diseñoPeríodo de retorno (T) para un caudal de diseño

– Se define, como el intervalo de tiempo dentro del cual un evento de Se define, como el intervalo de tiempo dentro del cual un evento de magnitud magnitud QQ, puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en , puede ser igualado o excedido por lo menos una vez en promedio.promedio.

– Si un evento igual o mayor a Si un evento igual o mayor a QQ, ocurre una vez en , ocurre una vez en T T años, su probabilidad años, su probabilidad de ocurrencia de ocurrencia PP, es igual a 1 en , es igual a 1 en T T casos, es decir:casos, es decir:

– La definición anterior permite el siguiente desglose de relaciones de La definición anterior permite el siguiente desglose de relaciones de probabilidades:probabilidades:

– La probabilidad de que La probabilidad de que Q Q ocurra en cualquier año:ocurra en cualquier año:

– La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier año; es decir, la La probabilidad de que Q no ocurra en cualquier año; es decir, la probabilidad de ocurrencia de un caudal < Q:probabilidad de ocurrencia de un caudal < Q:

Page 4: Calculo de Avenidas

Capítulo 6Capítulo 6 Período de retorno de una Período de retorno de una avenidaavenida• Si se supone que la no ocurrencia de un evento en un año cualquiera, es Si se supone que la no ocurrencia de un evento en un año cualquiera, es

independiente de la no ocurrencia del mismo, en los años anteriores y independiente de la no ocurrencia del mismo, en los años anteriores y posteriores, entonces la probabilidad de que el evento no ocurra en posteriores, entonces la probabilidad de que el evento no ocurra en nn años años sucesivos es:sucesivos es:

• La probabilidad de que el evento, ocurra al menos una vez en La probabilidad de que el evento, ocurra al menos una vez en nn años años sucesivos, es conocida como riesgo o falla sucesivos, es conocida como riesgo o falla RR, y se representa por:, y se representa por:

• Con el parámetro riesgo, es posible determinar cuáles son las Con el parámetro riesgo, es posible determinar cuáles son las implicaciones, de seleccionar un período de retorno dado de una obra, que implicaciones, de seleccionar un período de retorno dado de una obra, que tiene una vida útil de tiene una vida útil de nn años.años.

Page 5: Calculo de Avenidas

Período de retorno de una Período de retorno de una avenidaavenidaEjercicio 1Ejercicio 1• Determinar el riesgo o falla de una Determinar el riesgo o falla de una

obra que tiene una vida útil de 15 obra que tiene una vida útil de 15 años, si se diseña para un período de años, si se diseña para un período de retorno de 10 años.retorno de 10 años.

Page 6: Calculo de Avenidas

Período de retorno de una Período de retorno de una avenidaavenidaEjercicio 1: SoluciónEjercicio 1: Solución• Para el ejemplo: Para el ejemplo: T T = 10 y = 10 y n n = 15= 15

– Sustituyendo en la ecuación de riesgo:Sustituyendo en la ecuación de riesgo:

– Si el riesgo es de 79.41%, se tiene una Si el riesgo es de 79.41%, se tiene una probabilidad del 79.41% de que la obra probabilidad del 79.41% de que la obra falle durante su vida útil.falle durante su vida útil.

Page 7: Calculo de Avenidas

Períodos de retorno de diseño Períodos de retorno de diseño recomendadosrecomendados

• Esta tabla es para Esta tabla es para estructuras menores.estructuras menores.

• En la medida que se En la medida que se pueda se debe pueda se debe aplicar la fórmula aplicar la fórmula para conocer el para conocer el riesgo o bien fijar un riesgo o bien fijar un umbral de riesgo, umbral de riesgo, para determinar el para determinar el período de retorno.período de retorno.

Page 8: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de Métodos de estimación de avenidas máximas: Método avenidas máximas: Método directodirecto• Método de sección y pendiente:Método de sección y pendiente:

– Se estima después del paso de una Se estima después del paso de una avenida recolectando datos en el campo.avenida recolectando datos en el campo.• Selección de un tramo del río representativo, Selección de un tramo del río representativo,

suficientemente profundo, que contenga al nivel de suficientemente profundo, que contenga al nivel de las aguas máximas.las aguas máximas.

• Levantamiento de secciones transversales en cada Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del tramo elegido, y determinar:extremo del tramo elegido, y determinar:

Page 9: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de Métodos de estimación de avenidas máximas: Método avenidas máximas: Método directodirecto

• Determinar la Determinar la pendiente pendiente SS, de la , de la superficie libre de agua superficie libre de agua con las huellas de la con las huellas de la avenida máxima en avenida máxima en análisis.análisis.

• Elegir el coeficiente de Elegir el coeficiente de rugosidad rugosidad n n de de Manning de acuerdo a Manning de acuerdo a las condiciones físicas las condiciones físicas del cauce (ver tabla). del cauce (ver tabla). (USGS, Barnes)(USGS, Barnes)

• Aplicar la fórmula de Aplicar la fórmula de ManningManning

Coeficiente de rugosidad

Formula de Manning

Page 10: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de Métodos de estimación de avenidas máximas: Métodos avenidas máximas: Métodos empíricosempíricos• Método racionalMétodo racional

– Tiene una antigüedad de más de 100 años, se ha generalizado en todo Tiene una antigüedad de más de 100 años, se ha generalizado en todo el mundo.el mundo.

– El método puede ser aplicado a pequeñas cuencas de drenaje agrícola, El método puede ser aplicado a pequeñas cuencas de drenaje agrícola, aproximadamente si no exceden a 1300 has ó 13 kmaproximadamente si no exceden a 1300 has ó 13 km22..

– La máxima escorrentía ocasionada por una lluvia, se produce cuando la La máxima escorrentía ocasionada por una lluvia, se produce cuando la duración de ésta es igual al tiempo de concentración (duración de ésta es igual al tiempo de concentración (tctc).).

• Toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida.Toda la cuenca contribuye con el caudal en el punto de salida.– Si la duración es mayor que el Si la duración es mayor que el tctc

• Contribuye toda la cuenca con el caudal en el punto de salida.Contribuye toda la cuenca con el caudal en el punto de salida.• La intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duración y, por tanto, La intensidad de la lluvia es menor, por ser mayor su duración y, por tanto,

también es menor el caudal.también es menor el caudal.– Si la duración de la lluvia es menor que el Si la duración de la lluvia es menor que el tc tc la intensidad de la lluvia la intensidad de la lluvia

es mayor, pero en el momento en el que acaba la lluviaes mayor, pero en el momento en el que acaba la lluvia• El agua caída en los puntos mas alejados aún no ha llegado a la salidaEl agua caída en los puntos mas alejados aún no ha llegado a la salida• Sólo contribuye una parte de la cuenca a la escorrentía, por lo que el caudal Sólo contribuye una parte de la cuenca a la escorrentía, por lo que el caudal

será menor.será menor.

Page 11: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de Métodos de estimación de avenidas máximas: Métodos avenidas máximas: Métodos empíricosempíricos• Método racionalMétodo racional

– El caudal máximo se calcula por medio de la El caudal máximo se calcula por medio de la siguiente expresión, que representa la fórmula siguiente expresión, que representa la fórmula racional:racional:

• El 1/360 corresponde a la transformación de unidadesEl 1/360 corresponde a la transformación de unidades

Page 12: Calculo de Avenidas

Método Racional:Método Racional:Tiempo de concentración (tTiempo de concentración (tcc))

• El tiempo de concentración debe incluir los El tiempo de concentración debe incluir los escurrimientos sobre terrenos, canales, escurrimientos sobre terrenos, canales, cunetas y los recorridos sobre la misma cunetas y los recorridos sobre la misma estructura que se diseña.estructura que se diseña.

• Todas aquellas características de la Todas aquellas características de la cuenca tributaria, tales como dimensiones, cuenca tributaria, tales como dimensiones, pendientes, vegetación, y otras en menor pendientes, vegetación, y otras en menor grado, hacen variar el tiempo de grado, hacen variar el tiempo de concentración.concentración.

Page 13: Calculo de Avenidas

Tiempo de concentración (tTiempo de concentración (tcc))Métodos de cálculoMétodos de cálculo• Medida directa usando trazadoresMedida directa usando trazadores

– Colocar trazadores radiactivos durante tormentas intensasColocar trazadores radiactivos durante tormentas intensas– Medir el tiempo que tarda el agua en llegar al sitio de aforoMedir el tiempo que tarda el agua en llegar al sitio de aforo

• Usando características hidráulicas de la cuencaUsando características hidráulicas de la cuenca– Dividir la corriente en tramos según sus características Dividir la corriente en tramos según sus características

hidráulicashidráulicas– Obtener la capacidad máxima de descarga de cada tramo Obtener la capacidad máxima de descarga de cada tramo

utilizando el método de sección y pendiente.utilizando el método de sección y pendiente.– Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga

máxima de cada tramo.máxima de cada tramo.– Usar la velocidad media y la longitud del tramo para Usar la velocidad media y la longitud del tramo para

calcular el tiempo de recorrido de cada tramo.calcular el tiempo de recorrido de cada tramo.– Sumar los tiempos recorridos para obtener Sumar los tiempos recorridos para obtener ttc c ..

Page 14: Calculo de Avenidas

Tiempo de concentración (tTiempo de concentración (tcc))Métodos de cálculoMétodos de cálculo• Estimando velocidadesEstimando velocidades

– Calcular la pendiente Calcular la pendiente media del curso principal, media del curso principal, dividiendo el desnivel dividiendo el desnivel total entre la longitud total entre la longitud total.total.

– De la tabla, escoger el De la tabla, escoger el valor de la velocidad valor de la velocidad media en función a la media en función a la pendiente y cobertura.pendiente y cobertura.

– Usando la velocidad Usando la velocidad media y la longitud total media y la longitud total encontrar encontrar ttcc ..

Page 15: Calculo de Avenidas

Tiempo de concentración (tTiempo de concentración (tcc))Métodos de cálculoMétodos de cálculo

• Usando fórmulas empíricasUsando fórmulas empíricas– Fórmula de KirpichFórmula de Kirpich

Page 16: Calculo de Avenidas

Tiempo de concentración (tTiempo de concentración (tcc))Métodos de cálculoMétodos de cálculo

• Usando fórmulas empíricasUsando fórmulas empíricas– Fórmula Australiana y Jorge Rivero Fórmula Australiana y Jorge Rivero

(revisarlas Uds.)(revisarlas Uds.)– Fórmula de SCSFórmula de SCS

•Cuencas menores a 10 kmCuencas menores a 10 km22

Page 17: Calculo de Avenidas

Método de Cálculo: Intensidad de lluviaMétodo de Cálculo: Intensidad de lluvia

• Este valor se determina a partir de la Este valor se determina a partir de la curva intensidad – duración – período curva intensidad – duración – período de retornode retorno– Entrando con una duración igual al Entrando con una duración igual al

tiempo de concentración y con un tiempo de concentración y con un período de retorno de 10 años, que es lo período de retorno de 10 años, que es lo frecuente en terrenos agrícolas.frecuente en terrenos agrícolas.

– El período de retorno se elige El período de retorno se elige dependiendo del tipo de estructura a dependiendo del tipo de estructura a diseñar.diseñar.

Page 18: Calculo de Avenidas

Método de Cálculo: SCS Método de Cálculo: SCS Coeficiente de EscorrentíaCoeficiente de Escorrentía• La escorrentía directa representa una La escorrentía directa representa una

fracción de la precipitación total.fracción de la precipitación total.• A esa fracción se le denomina A esa fracción se le denomina

coeficiente de escorrentía, que no coeficiente de escorrentía, que no tiene dimensiones y se representa por tiene dimensiones y se representa por la letra la letra CC..

• El valor de El valor de C C depende de factores depende de factores topográficos, edafológicos, cobertura topográficos, edafológicos, cobertura vegetal, etc.vegetal, etc.

• Cuando la cuenca se compone de Cuando la cuenca se compone de superficies de distintas características, superficies de distintas características, el valor de el valor de C C se obtiene como una se obtiene como una media ponderada, es decir:media ponderada, es decir:

Page 19: Calculo de Avenidas

Ejemplo 2Ejemplo 2Determinar caudal de diseño:Determinar caudal de diseño:• Se desea construir un canal revestido en Turrialba, que Se desea construir un canal revestido en Turrialba, que

sirva para evacuar las aguas pluviales.sirva para evacuar las aguas pluviales.• Determinar el caudal de diseño de la estructura para un Determinar el caudal de diseño de la estructura para un

período de retorno de 10 años.período de retorno de 10 años.• Se adjuntan los siguientes datos:Se adjuntan los siguientes datos:

– Superficie total = 200000 m2Superficie total = 200000 m2– Superficie ocupada por edificios = 39817 m2Superficie ocupada por edificios = 39817 m2– Superficie ocupada por parqueo y calle asfaltada = 30000 m2Superficie ocupada por parqueo y calle asfaltada = 30000 m2– Considerar que la textura del suelo es media, que el 80% de la Considerar que la textura del suelo es media, que el 80% de la

superficie sin construir está cubierto por zacate, y el 20% es superficie sin construir está cubierto por zacate, y el 20% es terreno cultivado.terreno cultivado.

• La longitud máxima de recorrido de agua es 500 m, y la La longitud máxima de recorrido de agua es 500 m, y la diferencia de altura entre el punto más remoto y el punto diferencia de altura entre el punto más remoto y el punto de desagüe es 12 m.de desagüe es 12 m.

Page 20: Calculo de Avenidas

Determinar caudal de diseño: Determinar caudal de diseño: Ejemplo 2: SoluciónEjemplo 2: Solución

• Cálculo del coeficiente de Cálculo del coeficiente de escorrentía:escorrentía:

Page 21: Calculo de Avenidas

Determinar caudal de diseño: Determinar caudal de diseño: Ejemplo 2: SoluciónEjemplo 2: Solución

• Cálculo de la Intensidad máxima (ICálculo de la Intensidad máxima (Imaxmax))– IImaxmax se calcula para una duración igual al tiempo de se calcula para una duración igual al tiempo de

concentración, y para un período de retorno de 10 años.concentración, y para un período de retorno de 10 años.– Cálculo del tCálculo del tc c (Kirpich)(Kirpich)

– Tiempo de duración = Tiempo de concentraciónTiempo de duración = Tiempo de concentración• En este caso la duración será aprox. de 10 minutosEn este caso la duración será aprox. de 10 minutos

Page 22: Calculo de Avenidas

Determinar caudal de diseño: Determinar caudal de diseño: Ejemplo 2: SoluciónEjemplo 2: Solución

• Cálculo de I Cálculo de I para para d d = 1 = 1 hr hr y y T T = 1 año:= 1 año:– De la figura 1 se De la figura 1 se

tiene:tiene:• I = 40 mmI = 40 mm

Figura 1Figura 1

Page 23: Calculo de Avenidas

Determinar caudal de diseño: Determinar caudal de diseño: Ejemplo 2: SoluciónEjemplo 2: Solución

• Cálculo de I Cálculo de I para para d d = 1 = 1 hr hr y y T T = 1 año:= 1 año:– De la figura 1 se De la figura 1 se

tiene:tiene:• I = 40 mmI = 40 mm

• Cálculo de I para d Cálculo de I para d = 1 hr y T= 10 años:= 1 hr y T= 10 años:– De la figura 2 se De la figura 2 se

tiene:tiene:• I = 75 mmI = 75 mm

Figura 2Figura 2

Page 24: Calculo de Avenidas

Determinar caudal de diseño: Determinar caudal de diseño: Ejemplo 2: SoluciónEjemplo 2: Solución

• Cálculo de Cálculo de I I para para d d = 10 min y = 10 min y T T = 10 = 10 años:años:– De la figura 3 se De la figura 3 se

tiene:tiene:• I = 177 mm para d = I = 177 mm para d =

10 min y T = 10 años.10 min y T = 10 años.

• Cálculo del caudal Cálculo del caudal máximo Q:máximo Q:– De la fórmula De la fórmula

racional, se tiene:racional, se tiene:

Figura 3Figura 3

Page 25: Calculo de Avenidas

Otras fórmula para el cálculo Otras fórmula para el cálculo de caudal de diseñode caudal de diseño

• Método de Mac Math:Método de Mac Math:

Page 26: Calculo de Avenidas

Otras fórmula para el cálculo Otras fórmula para el cálculo de caudal de diseñode caudal de diseño

• Fórmula de Burkli-ZiegerFórmula de Burkli-Zieger

Page 27: Calculo de Avenidas

Otras fórmula para el cálculo Otras fórmula para el cálculo de caudal de diseñode caudal de diseño

• Fórmula de KresnikFórmula de Kresnik

α depende del tipo de uso del suelo

Page 28: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Desarrollado por el SCS de los EEUUDesarrollado por el SCS de los EEUU• Se aplica a cuencas medianas y pequeñasSe aplica a cuencas medianas y pequeñas• El parámetro más importante es la altura de la El parámetro más importante es la altura de la

lluvia y no su intensidadlluvia y no su intensidad• Aplicaciones principales:Aplicaciones principales:

– Estudio de avenidas máximasEstudio de avenidas máximas– Cálculo de cantidad de agua aportadaCálculo de cantidad de agua aportada

• El número de curva (N) varía de 1-100El número de curva (N) varía de 1-100– 100 = toda la lluvia escurre100 = toda la lluvia escurre– 1 = toda la lluvia se infiltra1 = toda la lluvia se infiltra– N representa el coeficiente de escorrentíaN representa el coeficiente de escorrentía

Page 29: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Se utiliza para estimar escorrentía total a partir de datos de Se utiliza para estimar escorrentía total a partir de datos de

precipitación y otros parámetros de las cuencas de drenaje.precipitación y otros parámetros de las cuencas de drenaje.• Se desarrolló utilizando cuencas experimentales.Se desarrolló utilizando cuencas experimentales.• Se basa en la siguiente relación:Se basa en la siguiente relación:

• La ecuación anterior se considera válida a partir del inicio de la La ecuación anterior se considera válida a partir del inicio de la escorrentía, donde escorrentía, donde PePe se define como: se define como:

Page 30: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• F se define como:F se define como:

• Ia (sustracciones iniciales) se define como la precipitación Ia (sustracciones iniciales) se define como la precipitación acumulada hasta el inicio de la escorrentía.acumulada hasta el inicio de la escorrentía.– Depende de: intercepción, almacenamiento en depresiones e Depende de: intercepción, almacenamiento en depresiones e

infiltración antes de que comience la escorrentía.infiltración antes de que comience la escorrentía.

• Sustituyendo 6.14 en 6.12, resulta:Sustituyendo 6.14 en 6.12, resulta:

• De donde:De donde:

Page 31: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Reemplazando 6.13 en 6.15, se tiene:Reemplazando 6.13 en 6.15, se tiene:

• Por datos experimentales:Por datos experimentales:

• Sustituyendo 6.17 en 6.16 tenemos:Sustituyendo 6.17 en 6.16 tenemos:

Ecuación principal del métodoP y S deben tener las mismas unidades

y por lo tanto Q estára en esas unidades

o.2S

Page 32: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• El SCS estableció una relación para estimar S a partir de N:El SCS estableció una relación para estimar S a partir de N:

• O también:O también:

• Transformando a cm:Transformando a cm:

S está en pulgadas

Page 33: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Sustituyendo 6.21 en 6.18 tenemos:Sustituyendo 6.21 en 6.18 tenemos:

En la ecuación 6.22 se debe cumplir:

Page 34: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva

Page 35: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Condición hidrológicaCondición hidrológica

– Capacidad de la superficie de Capacidad de la superficie de la cuenca para favorecer o la cuenca para favorecer o dificultar el escurrimiento dificultar el escurrimiento directo, esto se encuentra en directo, esto se encuentra en función de la cobertura función de la cobertura vegetal, puede aproximarse vegetal, puede aproximarse de la siguiente forma:de la siguiente forma:

Page 36: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Grupo hidrológico de sueloGrupo hidrológico de suelo

– Define los grupos de suelos, Define los grupos de suelos, los cuales pueden ser:los cuales pueden ser:

• Grupo Grupo AA, tiene bajo , tiene bajo potencial de escorrentíapotencial de escorrentía

• Grupo Grupo BB, tiene un , tiene un moderado bajo potencial moderado bajo potencial de escorrentíade escorrentía

• Grupo Grupo CC, tiene un , tiene un moderado alto potencial moderado alto potencial de escorrentíade escorrentía

• Grupo Grupo DD, tiene un alto , tiene un alto potencial de escorrentíapotencial de escorrentía

– Porcentaje o tasa de infiltraciónPorcentaje o tasa de infiltración: : es el porcentaje de agua que es el porcentaje de agua que penetra en el suelo superficial y penetra en el suelo superficial y que es controlado por condiciones que es controlado por condiciones de superficie.de superficie.

– Porcentaje o tasa de transmisiónPorcentaje o tasa de transmisión: : es el porcentaje de agua que se es el porcentaje de agua que se mueve en el suelo y que es mueve en el suelo y que es controlado por los horizontes.controlado por los horizontes.

Page 37: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Uso de la tierra y tramientoUso de la tierra y tramiento

– El El uso de la tierrauso de la tierra es la es la cobertura de la cuenca e incluye cobertura de la cuenca e incluye toda clase de vegetación, toda clase de vegetación, escombros, pajonales, escombros, pajonales, desmontes, así como las desmontes, así como las superficies de agua (lagos, superficies de agua (lagos, pantanos, ciénagas, fangales, pantanos, ciénagas, fangales, etc.) y superficies impermeables etc.) y superficies impermeables (carreteras, cubiertas, etc.).(carreteras, cubiertas, etc.).

– El El tratamiento de la tierratratamiento de la tierra se se aplica sobre todo a los usos aplica sobre todo a los usos agrícolas de la tierra e incluye agrícolas de la tierra e incluye las prácticas mecánicas tales las prácticas mecánicas tales como sistemas de bordos, como sistemas de bordos, curvas de nivel, terraplenado y curvas de nivel, terraplenado y ejecución de prácticas para el ejecución de prácticas para el control de erosión y rotación de control de erosión y rotación de cultivos.cultivos.

– Se obtienen por observación y Se obtienen por observación y medición en campo o a través medición en campo o a través de sensores remotosde sensores remotos

Page 38: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• Condición de Humedad Antecedente Condición de Humedad Antecedente

(CHA)(CHA)– Tiene en cuenta los antecedentes Tiene en cuenta los antecedentes

previos de humedad de la cuencaprevios de humedad de la cuenca• Determinado por la lluvia total Determinado por la lluvia total

en el período de 5 días anterior en el período de 5 días anterior a la tormenta.a la tormenta.

– El SCS usa tres intervalos de El SCS usa tres intervalos de CHACHA::• CHACHA--II, es el límite inferior de , es el límite inferior de

humedad o el límite superior humedad o el límite superior de de SS. Hay un mínimo potencial . Hay un mínimo potencial de escurrimiento. Los suelos de escurrimiento. Los suelos de la cuenca están lo de la cuenca están lo suficientemente secos para suficientemente secos para permitir el arado o cultivos.permitir el arado o cultivos.

• CHACHA--IIII, es el promedio para el , es el promedio para el cual el SCS preparó la tabla cual el SCS preparó la tabla 6.8.6.8.

• CHACHA--IIIIII, es el límite superior de , es el límite superior de humedad o el límite inferior de humedad o el límite inferior de SS. Hay máximo potencial de . Hay máximo potencial de escurrimiento. La cuenca está escurrimiento. La cuenca está saturada por lluvias anteriores.saturada por lluvias anteriores.

Si se tiene CHA-I o CHA-III el número de curvaSi se tiene CHA-I o CHA-III el número de curvaequivalente se calcula con las siguientes ecuacionesequivalente se calcula con las siguientes ecuaciones

Page 39: Calculo de Avenidas

Métodos de estimación de avenidas Métodos de estimación de avenidas máximas: Método del Número de máximas: Método del Número de CurvaCurva• La parte medular del método es la La parte medular del método es la

utilización de la tabla 6.12, la cual es utilización de la tabla 6.12, la cual es el resultado de una serie de estudios el resultado de una serie de estudios llevados a cabo por el SCS, sobre las llevados a cabo por el SCS, sobre las intensidades, duraciones y intensidades, duraciones y cantidades de lluvia que deben de cantidades de lluvia que deben de ser empleadas al calcular el gasto de ser empleadas al calcular el gasto de pico de una avenida de determinado pico de una avenida de determinado período de retorno.período de retorno.

• La tabla fue derivada para una La tabla fue derivada para una duración de tormenta de 6 horas y duración de tormenta de 6 horas y relaciona el tiempo de concentración relaciona el tiempo de concentración en horas, con el llamado: Gasto en horas, con el llamado: Gasto Unitario (Unitario (qq) cuyas unidades son: ) cuyas unidades son: m3/seg/mm/km2.m3/seg/mm/km2.

• Los rangos de aplicación del método Los rangos de aplicación del método empírico del SCS se deducen de la empírico del SCS se deducen de la tabla 6.12, es decir, para tiempos de tabla 6.12, es decir, para tiempos de concentración de hasta 24 horas, ya concentración de hasta 24 horas, ya que el método del SCS para la que el método del SCS para la estimación de la escorrentía estimación de la escorrentía Q Q no no tiene limitaciones.tiene limitaciones.

Page 40: Calculo de Avenidas

Estimación de Qmax utilizando Estimación de Qmax utilizando el método del SCSel método del SCS

Paso 1:Paso 1:• Se determinan las siguientes Se determinan las siguientes

características fisiográficas de la cuenca:características fisiográficas de la cuenca:– A A = área de la cuenca, en Km2= área de la cuenca, en Km2– tc tc = tiempo de concentración, como se indicó = tiempo de concentración, como se indicó

en el capítulo del método Racional, en horasen el capítulo del método Racional, en horas– N N = número de curva de escurrimiento para la = número de curva de escurrimiento para la

condición condición media media de humedad en la cuenca, de humedad en la cuenca, adimensional, puede corregirse para adimensional, puede corregirse para CHACHA--I I o o CHA-IIICHA-III, con las ecuaciones (6.23) ó (6.24), con las ecuaciones (6.23) ó (6.24)

Page 41: Calculo de Avenidas

Estimación de Qmax utilizando Estimación de Qmax utilizando el método del SCSel método del SCSPaso 2:Paso 2:

• Se calculan las lluvias de duración 6 horas y períodos de Se calculan las lluvias de duración 6 horas y períodos de retorno de acuerdo a las avenidas del proyecto. Lo anterior, retorno de acuerdo a las avenidas del proyecto. Lo anterior, con base en las curvas con base en las curvas P – D -Tr P – D -Tr construidas para la cuenca construidas para la cuenca del proyecto.del proyecto.

Paso 3: Paso 3:

• Con base en el número Con base en el número N N de la cuenca, se calcula la de la cuenca, se calcula la escorrentía para cada una de las lluvias determinadas en el escorrentía para cada una de las lluvias determinadas en el paso anterior, por medio de la ecuación (6.23)paso anterior, por medio de la ecuación (6.23)

Page 42: Calculo de Avenidas

Estimación de Qmax utilizando Estimación de Qmax utilizando el método del SCSel método del SCSPaso 4: Paso 4: • De la tabla 6.12, en función de la magnitud del tiempo de De la tabla 6.12, en función de la magnitud del tiempo de

concentración se determina el valor del gasto unitario (concentración se determina el valor del gasto unitario (qq), ), interpolando linealmente si es necesario.interpolando linealmente si es necesario.

Paso 5:Paso 5:• Por último, se multiplican el gasto unitario (Por último, se multiplican el gasto unitario (qq), la ), la

escorrentía (escorrentía (QQ), y el área de la cuenca (), y el área de la cuenca (AA), para obtener el ), para obtener el gasto máximo (gasto máximo (QmaxQmax) en m3/seg, esto es:) en m3/seg, esto es:

Page 43: Calculo de Avenidas

Ejemplo 3:Ejemplo 3:

•Durante una tormenta se produjo una altura de precipitación de 150 mm, sobre un área sembrada de pastos, con buena condición hidrológica y que tiene suelos de alto potencial de escurrimiento (grupo D). Si la condición de humedad antecedente es II, estimar el valor del escurrimiento directo que se produce.

Page 44: Calculo de Avenidas

Ejemplo 3: SoluciónEjemplo 3: Solución

1.1. En la tabla 6.8, En la tabla 6.8, para:para:– una una CHACHA--IIII- uso de - uso de

la tierra pastosla tierra pastos– condición condición

hidrológica buenahidrológica buena– grupo hidrológico grupo hidrológico

de suelo de suelo DD• N N = 80.= 80.

Page 45: Calculo de Avenidas

Ejemplo 3: SoluciónEjemplo 3: Solución

2.2. Sustituyendo valores en la Sustituyendo valores en la ecuación (6.23), se obtiene:ecuación (6.23), se obtiene:

Una forma gráfica de calcular Una forma gráfica de calcular la escorrentía es utilizar la la escorrentía es utilizar la figura 6.2, para esto:figura 6.2, para esto:

– en el eje en el eje XX, eje de , eje de precipitación ingresar precipitación ingresar P P = 150 = 150 mm = 15 cmmm = 15 cm

– de este punto trazar una de este punto trazar una vertical, hasta interceptar a la vertical, hasta interceptar a la curva curva N N = 80= 80

– por este punto trazar una por este punto trazar una horizontal, hasta cortar con el horizontal, hasta cortar con el eje eje YY, eje de escorrentía., eje de escorrentía.

– En este eje se lee En este eje se lee Q Q = 9.4 cm= 9.4 cm

Page 46: Calculo de Avenidas

Ejemplo 4Ejemplo 4

• Para el ejemplo 6.3, estimar el valor Para el ejemplo 6.3, estimar el valor del escurrimiento, pero para una del escurrimiento, pero para una CHACHA--I I y para y para CHACHA--IIIIII..

Page 47: Calculo de Avenidas

Ejemplo 4: SoluciónEjemplo 4: Solución

1.1. Del ejemplo 6.3, se Del ejemplo 6.3, se tiene para una tiene para una CHACHA--IIII: : N(II) N(II) = 80.= 80.

2.2. De la ecuación De la ecuación (6.24) se encuentra (6.24) se encuentra N N para para CHACHA--II

3.3. De la ecuación De la ecuación (6.25) se encuentra (6.25) se encuentra N N para para CHACHA--IIIIII

Page 48: Calculo de Avenidas

Ejemplo 4: SoluciónEjemplo 4: Solución

3.3. Si se usa la tabla 6.11, Si se usa la tabla 6.11, para para N(II) N(II) = 80 se = 80 se obtiene:obtiene:

4.4. Con los valores de Con los valores de N N calculados para ambas calculados para ambas condiciones, y utilizando condiciones, y utilizando la ecuación (6.23) se la ecuación (6.23) se calcula el valor de la calcula el valor de la escorrentía:escorrentía:

Page 49: Calculo de Avenidas

Ejemplo 5:Ejemplo 5:

• En una cuenca de 150 Ha, existe una zona de 90 Ha con cultivos en surcos rectos, con condición hidrológica buena y con un suelo con moderado alto potencial de escorrentía (grupo C); la zona restante de 60 Ha, está cubierta de bosque con condición hidrológica buena y con un suelo con alto potencial de escorrentía (grupo D). Si la condición de humedad antecedente es II, estimar el valor del escurrimiento directo que se produce, para una lluvia de 120 mm.

Page 50: Calculo de Avenidas

Ejemplo 5: SoluciónEjemplo 5: Solución

1.1. Para la zona de 90 Ha, de la Para la zona de 90 Ha, de la tabla 6.8, para:tabla 6.8, para:- una - una CHACHA--IIII- uso de la tierra: cultivos- uso de la tierra: cultivos- tratamiento surcos rectos- tratamiento surcos rectos- condición hidrológica buena- condición hidrológica buena- grupo hidrológico de suelo - grupo hidrológico de suelo CC

• se tiene N = 85.se tiene N = 85.

2.2. Para la zona de 60 Ha, para:Para la zona de 60 Ha, para:- una - una CHACHA--IIII- uso de la tierra: bosques- uso de la tierra: bosques- condición hidrológica buena- condición hidrológica buena- grupo hidrológico de suelo - grupo hidrológico de suelo DD

• se tiene se tiene N N = 77.= 77.

Page 51: Calculo de Avenidas

Ejemplo 5: SoluciónEjemplo 5: Solución

1.1. El escurrimiento El escurrimiento directo para estos directo para estos números de curvas números de curvas serán:serán:

– Para Para N N = 85, de la = 85, de la ecuación (6.23), se ecuación (6.23), se tiene:tiene:

– Para Para N N = 77, se tiene:= 77, se tiene:

Page 52: Calculo de Avenidas

Ejemplo 5: SoluciónEjemplo 5: Solución

• El promedio ponderado de estos escurrimientos, en El promedio ponderado de estos escurrimientos, en función del área sería:función del área sería:

• Si se calcula el número de curva ponderado en Si se calcula el número de curva ponderado en función del área sería:función del área sería:

– Para este número de curva ponderado, de la ecuación (6.23), Para este número de curva ponderado, de la ecuación (6.23), resulta:resulta:

Page 53: Calculo de Avenidas

Ejemplo 6Ejemplo 6

• Para los datos del ejemplo 5, suponiendo que:Para los datos del ejemplo 5, suponiendo que:– La lluvia se obtuvo con una duración de 6 horas, y La lluvia se obtuvo con una duración de 6 horas, y

un período de retorno de 10 años (para cálculos un período de retorno de 10 años (para cálculos agrícolas).agrícolas).

– La cuenca tiene una longitud máxima de recorrido La cuenca tiene una longitud máxima de recorrido de agua de 500 m y una diferencia de altura entre de agua de 500 m y una diferencia de altura entre el punto más remoto y el punto de desagüe de 12 el punto más remoto y el punto de desagüe de 12 m.m.

• Estimar el caudal pico que se produce en la Estimar el caudal pico que se produce en la estación de aforo.estación de aforo.

Page 54: Calculo de Avenidas

Ejemplo 6: SoluciónEjemplo 6: Solución

1.1. De los datos y cálculos realizados De los datos y cálculos realizados en el ejemplo 6.5, se tiene:en el ejemplo 6.5, se tiene:

2.2. Cálculo de Cálculo de tctc::-- De la ecuación (6.4), se tiene:De la ecuación (6.4), se tiene:

Page 55: Calculo de Avenidas

Ejemplo 6: SoluciónEjemplo 6: Solución

3.3. Cálculo del caudal unitario Cálculo del caudal unitario qq::

4.4. Cálculo del caudal máximo:Cálculo del caudal máximo:-- De la ecuación (6.26), se tiene:De la ecuación (6.26), se tiene:

Page 56: Calculo de Avenidas

Limitaciones del método de Limitaciones del método de SCSSCS

• Los Números de Curva (NC) describen condiciones promedio que son útiles a Los Números de Curva (NC) describen condiciones promedio que son útiles a objetivos de diseño. Si el evento de precipitacion utilizado es una tormenta objetivos de diseño. Si el evento de precipitacion utilizado es una tormenta histórica, la precisión del modelo decrece.histórica, la precisión del modelo decrece.

• Utilice la ecuación del número de curva con precaución cuando se recreen Utilice la ecuación del número de curva con precaución cuando se recreen elementos específicos de una tormenta verdadera. La ecuación no contiene elementos específicos de una tormenta verdadera. La ecuación no contiene expresiones que involucren tiempo y por lo tanto no toma en cuenta la duración expresiones que involucren tiempo y por lo tanto no toma en cuenta la duración y la intensidad de la lluvia. y la intensidad de la lluvia.

• El usuario debe entender que el supuesto reflejado en el términos de El usuario debe entender que el supuesto reflejado en el términos de abstracción inicial (Ia) y debe establecer que el supuesto se aplica a su abstracción inicial (Ia) y debe establecer que el supuesto se aplica a su situación. Ia, que consiste de la intercepción, infiltración inicial, situación. Ia, que consiste de la intercepción, infiltración inicial, almacenamiento en depresiones superficiales, evapotranspiración y otros almacenamiento en depresiones superficiales, evapotranspiración y otros factores, se generalizaron como 0.2S basados en datos de cuencas agrícolas (S factores, se generalizaron como 0.2S basados en datos de cuencas agrícolas (S es la retención máxima potencial después de que el escurrimiento empieza). es la retención máxima potencial después de que el escurrimiento empieza). Esta aproximación puede ser especialmente importante en una aplicación Esta aproximación puede ser especialmente importante en una aplicación urbana porque la combinación de áreas impermeables con áreas permeables urbana porque la combinación de áreas impermeables con áreas permeables puede implicar una pérdida inicial significativa que podría no suceder. El efecto puede implicar una pérdida inicial significativa que podría no suceder. El efecto contrario, una pérdida inicial más grande podría ocurrir si las áreas contrario, una pérdida inicial más grande podría ocurrir si las áreas impermeables tienen depresiones superficiales que almacenan algo de la impermeables tienen depresiones superficiales que almacenan algo de la escorrentía. Para utilizar una relación en lugar de Ia = 0.2S, uno debe escorrentía. Para utilizar una relación en lugar de Ia = 0.2S, uno debe perfeccionar la ecuación 6.18, la figura y la tabla mostrada en la siguiente perfeccionar la ecuación 6.18, la figura y la tabla mostrada en la siguiente diapositiva, utilizando los datos originales de lluvia-escorrentía para establecer diapositiva, utilizando los datos originales de lluvia-escorrentía para establecer nuevas S o relaciones NC para cada cobertura y grupo hidrológico de suelos.nuevas S o relaciones NC para cada cobertura y grupo hidrológico de suelos.

Page 57: Calculo de Avenidas
Page 58: Calculo de Avenidas

Limitaciones del método de Limitaciones del método de SCSSCS• El procedimiento del NC es menos preciso cuando la

escorrentía es menos que 12.5 mm. Para corroborar, use otro procedimiento para determinar la escorrentía.

• El procedimiento del SCS para calcular escorrentía, aplica solamente al escurrimiento directo: no hay que pasar por alto las grandes cantidades de flujo subsuperficial o los altos niveles de la capa freática que contribuyen a la escorrentía. Estas condiciones están a menudo relacionadas a con el Grupo Hidrológico de Suelos “A” y las áreas con bosque a las cuales les ha sido asignado un valor relativamente bajo de NC. Un buen juicio y la experiencia basada en los datos de caudal se necesitan para ajustar los CN a las condiciones reales.

• Cuando el CN ponderado es menor a 40, utilice otro procedimiento para determinar escorrentía.