Hidrologia a Hidrologia Urbana

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<p>Hidrologa Urbana</p> <p>Consideraciones en alcantarillados pluviales Redes Secundarias Recolectan las aguas y las llevan a una red primaria. El perodo de retorno de la tormenta de diseo es 2 a 10 aos Esta compuesto por sumideros y conductos.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (49 )</p> <p>Consideraciones en alcantarillados pluviales Redes Primarias Transportan las aguas de los sistemas secundarios hasta las plantas o cuerpos de agua naturales. El perodo de retorno de la tormenta de diseo es de 100 aos normalmente Esta compuesto por box-culverts, puentes, tanques de retencin Si este sistema falla pueden haber daos en propiedades y vidas humanas.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (50 )</p> <p>Perodo de Retorno Tiempo promedio en el cual un evento es igualado o excedido</p> <p>1 P (X x T ) = TAugusto Sisa Camargo (51 )</p> <p>Perodos de Retorno SugeridosEstructura Perodo de Retorno</p> <p>Estructura Aeropuertos Volmen bajo Volmen medio Volmen alto Drenaje Agrcola Culverts Surcos Drenaje Urbano Ciudades pequeas Ciudades grandes</p> <p>Perodo de Retorno</p> <p>Alcantarillas de carreteras Trfico bajo 5-10 Trfico medio 10-25 Trfico alto 50-100 Puentes Sistema Secundario Sistema Primario</p> <p>5 -10 10-25 50-100</p> <p>2-25 25-50</p> <p>Augusto Sisa Camargo (52 )</p> <p>10-50 50-100</p> <p>5-50 5-50</p> <p>Perodos de Retorno RASCaractersticas del rea de drenaje Tramos iniciales en zonas residenciales con reas tributarias menores de 2 ha Tramos iniciales en zonas comerciales o industriales, con reas tributarias menores de 2 ha Tramos de alcantarillado con reas tributarias entre 2 y 10 ha Tramos de alcantarillado con reas tributarias mayores de 10 ha Canales abiertos en zonas planas y que drenan reas mayores de 1000 ha * Canales abiertos en zonas montaosas (alta velocidad) o a media ladera, que drenan reas mayores a 1000 ha*Parte revestida a 10 aos, ms borde libre a 100 aos</p> <p>Mnimo (aos) 2 2</p> <p>Aceptable (aos) 2 3</p> <p>Recomendado (aos) 3 5</p> <p>2 5 10 25</p> <p>3 5 25 25</p> <p>5 10 25 50Augusto Sisa Camargo (53 )</p> <p>Longitud de Series Recomendadas Diseo y Planeacin Alcantarillados: Mayor a 10 aos Alivios (CSO) : Mayor a 5 aos</p> <p> Control y EvaluacinAugusto Sisa Camargo (54 )</p> <p> Alcantarillados: Mayor a 20 aos Alivios (CSO): Mayor a 10 aos</p> <p>Precipitacin Cuenca Escorrenta (PCE)INSUMOPrecipitacin</p> <p>Cuenca Caudal</p> <p>PROCESO</p> <p>PRODUCTO</p> <p>Augusto Sisa Camargo (55 )</p> <p>Precipitacin Cuenca Escorrenta (PCE)Hietograma CUENCA</p> <p>Hidrograma</p> <p>Augusto Sisa Camargo (56 )</p> <p>Hietograma Es la representacin grfica de una lluvia. Expresa la intensidad de una lluvia (mm/hr) distribuida en el tiempo. Se obtiene a partir de la medicin de la precipitacin.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (57 )</p> <p>Relacin entre un evento de lluvia y su respuestaCOLECTOR AUTOPISTA NORTE Avenida Caracas - Calle 77. Pozo 2 Evento del 17 de Noviembre de 1999P-Castillo 3000 P-Gimnasio Caudal 3.0</p> <p>2500</p> <p>2.5</p> <p>2000</p> <p>2.0</p> <p>1500 P total = 15.20 mm P total = 13.93 mm 1000</p> <p>1.5</p> <p>Precipitacin (mm) (intervalos de 2 min)</p> <p>Caudal (lps)</p> <p>1.0</p> <p>500</p> <p>0.5</p> <p>0 0:04 0:12 0:20 0:28 0:36 0:44 0:52 1:00 1:08 1:16 1:24 1:32 1:40 1:48 1:56 2:04 2:12 2:20 2:28 2:36 2:44 2:52 23:00 23:08 23:16 23:24 23:32 23:40 23:48 23:56 3:00</p> <p>0.0</p> <p>Augusto Sisa Camargo (58 )</p> <p>Medicin de Hietogramas</p> <p>Augusto Sisa Camargo (59 )</p> <p>IsoyetasFuncin de Base Radial Kriging</p> <p>Augusto Sisa Camargo (60 )</p> <p>Hietograma de Precipitacin Efectiva La precipitacin efectiva es aquella que genera escorrenta superficial, es decir la que no logra infiltrarse en el suelo. Esta cantidad de agua debe ser manejada por el sistema de Drenaje UrbanoAugusto Sisa Camargo (61 )</p> <p>Curva IDF Curva Intensidad - Duracin - Frecuencia Suelen ajustarse a la funcin de distribucin de probabilidad de valor extremo Tipo I o Gumbel. Estan basadas en en eventos seleccionados de 5, 10, 20, 30 , y ms Minutos).Augusto Sisa Camargo (62 )</p> <p> Se usan las profundidades mximas anuales. O, las excendencias si la serie es pequea.</p> <p> Cada una de estas series duraciones son ordenadas para calcular la curva IDF</p> <p>Curva IDFCurva IDF StatGraphics250.00 Intensidad (mm/h) 200.00 150.00 100.00Augusto Sisa Camargo (63 )</p> <p>206.3T 0.36 i= d 0.63</p> <p>50.00 0.00 0 100 200 300 Duracin (min) T= 2 aos T=10 aos T= 25 aos T= 50 aos 400 500 600</p> <p>Curva IDF Segn el RAS</p> <p>Obtencin mnima de curvas IDF Nivel de complejidad del sistema Bajo y medio Medio alto Alto Sinttica Informacin pluviogrfica regional Informacin pluviogrfica localAugusto Sisa Camargo (64 )</p> <p>Hidrograma Es la representacin grfica de la distribucin del caudal en el tiempo. Muestra el balance a largo plazo de la precipitacin, la evaporacin y el caudal de la cuenca.Augusto Sisa Camargo (65 )</p> <p>Hidrograma Limbo ascendente: Depende de las caractersticas de la precipitacin y la morfologa de la cuenca</p> <p> Limbo descendente:Augusto Sisa Camargo (66 )</p> <p> Depende de las caractersticas morfolgicas de la cuenca</p> <p>Interaccin - PCE Respuesta en una cuenca por su formaA B</p> <p>Q</p> <p>A t</p> <p>Augusto Sisa Camargo (67 )</p> <p>B</p> <p>Interaccin - PCE Respuesta en una cuenca por pendienteMayor pendiente</p> <p>QAugusto Sisa Camargo (68 )</p> <p>Menor pendiente</p> <p>t</p> <p>Interaccin - PCE Respuesta en una cuenca por permeabilidadMs impermeable</p> <p>Q</p> <p>Menos impermeableAugusto Sisa Camargo (69 )</p> <p>t</p> <p>Interaccin - PCE Respuesta en una cuenca por humedad antecedenteMs humedad</p> <p>QMenos humedadAugusto Sisa Camargo (70 )</p> <p>t</p> <p>Interaccin - PCE Respuesta en una cuenca por ubicacin de la lluvia</p> <p>Partes altas Partes bajas t</p> <p>Augusto Sisa Camargo (71 )</p> <p>Q</p> <p>Efectos de la Urbanizacin</p> <p>Augusto Sisa Camargo (72 )</p> <p>Efectos de la Urbanizacin</p> <p>Q</p> <p>t</p> <p>Augusto Sisa Camargo (73 )</p> <p>Efectos de la Urbanizacin</p> <p>Q</p> <p>t</p> <p>Augusto Sisa Camargo (74 )</p> <p>Efectos de la Urbanizacin</p> <p>Q</p> <p>t</p> <p>Augusto Sisa Camargo (75 )</p> <p>Mtodo Racional</p> <p>Mtodo Racional Considera una intensidad de precipitacin constante durante todo el tiempo de lluvia Supone que las precipitaciones causantes de problemas de inundacin son aquellas de corta duracin y gran intensidad. Duracin de la lluvia igual al tiempo de concentracin de la cuenca. i se obtiene a partir de la curva IDF de perodo de retorno escogido.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (77 )</p> <p>Mtodo Racional Sistema Ingls Q cfs i in/hr A acres C entre 0 y 1</p> <p> Sistema Internacional Q L/s i mm/hr A Ha C entre 0 y 1</p> <p>Q = CiA</p> <p>Q = 2.78CiA</p> <p>Augusto Sisa Camargo (78 )</p> <p>Mtodo Racional Este mtodo suele sobreestimar el caudal pico, y es por esta razn que no se recomienda para cuencas muy grandes, mayores a 10km2. Segn el RAS mximo 700 HaAugusto Sisa Camargo (79 )</p> <p> El caudal pico ocurre cuando toda el rea de drenaje est contribuyendo. Es decir, la intensidad correspondiente a un evento con duracin igual al tiempo de concentracin.</p> <p>Correccin de la intensidad Para reas grandes es posible corregir la intensidad determinada de la curva IDF de la siguiente manerarea de drenaje (Ha) 50-100 100-200 200-400 400-800 800-1600 Factor de reduccin 0,99 0,95 0,93 0,90 0,88Augusto Sisa Camargo (80 )</p> <p>Factor de EscorrentaTIPO DE SUPERFICIE Cubiertas Pavimentos asflticos y superficies de concreto Vas adoquinadas Zonas comerciales o industriales Residencial, con casas contiguas, predominio de zonas duras Residencial multifamiliar, con bloques contiguos y zonas duras entre stos Residencial unifamiliar, con casas contiguos y predominio de jardines Residencial, con casas rodeadas de jardines o multifamiliares apreciablemente separados Residencial, con predominio de zonas verdes y parques cementerios Laderas sin vegetacin Laderas con vegetacin Parques recreacionales C 0,75-0,95 0,70-0,95 0,70-0,85 0,60-0,95 0,75 0,60-0,75 0,40-0,60Augusto Sisa Camargo (81 )</p> <p>0,45 0,30 0,60 0,30 0,20-0,35</p> <p>Factor de Escorrenta Para algunos lugares del mundo se han determinado ecuaciones (regresiones estadisticas) que permiten determinar el coeficiente de escorrenta como funcin de parmetros de las cuencas.PR = 0.829 PIMPERMEABLE + 25 InfSUELO + 0.078 Ind HUMEDAD 20.7Inglaterra (Buttler)Augusto Sisa Camargo (82 )</p> <p>Duracin de la tormenta Con frecuencia se toma como duracin de la tormenta el tiempo de concentracin de la cuenca. A partir de la morfologa de la cuenca se han establecido algunas ecuaciones que simulan este efecto.</p> <p>Tc = Tentrada al sistema + Tviaje en el sistema</p> <p>Augusto Sisa Camargo (83 )</p> <p>Tiempo de Entrada Tiempo para que la escorrenta llegue al sumidero del colector (FAA EEUUA)Te = 0 . 707 (1 . 1 C ) L 1 / 2 S 1/3Augusto Sisa Camargo (84 )</p> <p> Donde: L = Longitud tramo S = Pendiente tramo C = Coeficiente de escorrenta</p> <p>Tiempo de Entrada Kerby Lm Te = 144 1 . S 2 0.467</p> <p> Donde:Impermeable Suelo sin cobertura, compacto y liso Superficie sin cobertura moderadamente rugosa Pastos Terrenos arborizados Pastos densos 0,02 0,10 0,20 0,30 0,70 0,80Augusto Sisa Camargo (85 )</p> <p> m= Retardo</p> <p>Tipo de superficie</p> <p>m</p> <p>Tiempo de Entrada Tiempo de entrada al colector (SCS)</p> <p>Lc Tt = 60 VsAugusto Sisa Camargo (86 )</p> <p>Tiempo de entrada Vs esta dada porVS = a S1 2</p> <p>Tipo de superficie Bosque con sotobosque denso Pastos y patios reas cultivadas en surcos Suelos desnudos reas pavimentadas y tramos iniciales de quebradas</p> <p>a 0,70 2,00 2,70 3,15 6,50Augusto Sisa Camargo (87 )</p> <p>Tiempo de Viaje Tiempo de viaje en el colector (SCS) Longitud recorrida a una velocidad dada</p> <p>Augusto Sisa Camargo (88 )</p> <p>Lc Tt = 60 V</p> <p>Tiempos de Concentracion En algunas condiciones es posible estimar el tiempo de concentracin de la cuenca de drenaje a partir de las ecuaciones empricas utilizadas en cuencas naturalesAugusto Sisa Camargo (89 )</p> <p>Ecuaciones Hay muchas por su base fsica Frmula de Kirpich. Frmula Californiana (del U.S.B.R.). Frmula de Giandotti Frmula de Ventura-Heras Frmula de Passini. Frmula de Tmez. Frmula California Culvert Practice.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (90 )</p> <p>Frmula de Kirpich.T c = 0.01947 L0.77</p> <p>S</p> <p>-0.385</p> <p> Calcula el tiempo de concentracin, Tc, en minutosAugusto Sisa Camargo (91 )</p> <p> L la longitud del cauce principal de la cuenca, en metros S la diferencia entre las dos elevaciones extremas de la cuenca, en metros, dividida por L (es decir, la pendiente promedio del recorrido principal en m/m).</p> <p>Frmula de Californiana (del U.S.B.R.).T c = 0.066 ( L J1/2 0.77</p> <p>)</p> <p> Tc es tambin en horas,Augusto Sisa Camargo (92 )</p> <p> L y J la longitud y la pendiente promedio del cauce principal de la cuenca, en Km y en m/m, respectivamente.</p> <p>Frmula de Giandotti4 A + 1.5 L Tc= 25.3 J L Proporciona el tiempo de concentracin de la cuenca, Tc , en horas.Augusto Sisa Camargo (93 )</p> <p> L y J los definidos anteriormente A la superficie de la cuenca en Km2.</p> <p>Frmula de Ventura-Heras= A Tc J0.5</p> <p>0.04 0.13</p> <p> Tc, tiempo de concentracin en horas A y J los ya definidos anteriormente.Augusto Sisa Camargo (94 )</p> <p>Frmula de Passini.Tc = (A L )1/3 J0.5</p> <p>0.04 0.13</p> <p> Tc el tiempo de concentracin en horas A, L y J los definidos anteriormenteAugusto Sisa Camargo (95 )</p> <p>Frmula de TmezT c = 0.3 ( L J1/4 0.76</p> <p>)</p> <p> L es la longitud del cauce principal de la cuenca, en Km J es la pendiente promedio de dicho recorrido en m/m</p> <p>Augusto Sisa Camargo (96 )</p> <p> Es la recomendada en Espaa, para el mtodo racional modificado Se utiliza en el clculo del hidrograma triangular de J.R.Tmez. Tc es el tiempo de concentracin de la cuenca, en horas.</p> <p>Frmula California Culvert Practice11.9 L3 ) T c = 60 ( H Tc es el tiempo de concentracin en minutosAugusto Sisa Camargo (97 )</p> <p> L la longitud del curso de agua ms largo, en millas, H la diferencia de nivel entre la divisoria de aguas y el desage de la cuenca, en pies</p> <p>Resumen de Formulas</p> <p>Mays 2005</p> <p>Augusto Sisa Camargo (98 )</p> <p>Resumen de Formulas</p> <p>Mays 2005</p> <p>Augusto Sisa Camargo (99 )</p> <p>Resumen de Formulas</p> <p>Mays 2005</p> <p>Augusto Sisa Camargo (100 )</p> <p>Mtodo Racional - Limitaciones No tiene en cuenta los volmenes almacenados No es til si hay algn sistema de detencin o algo similar en la cuenca</p> <p>Augusto Sisa Camargo (101 )</p> <p> El valor de C no tiene en cuenta el orden secuencial de zonas impermeables o no permeables</p> <p>Valores de C</p> <p>Augusto Sisa Camargo (102 )</p> <p>Valores de C</p> <p>Augusto Sisa Camargo (103 )</p> <p>Aguas Pluviales</p> <p>Funcin Rpida evacuacin de aguas lluvias de las vas pblicas. Evitar generacin de caudales excesivos en calzadas. Evitar invasin de aguas lluvias a propiedades privadas y pblicas. Evitar acumulacin de aguas en vas de trnsito. Evitar paralizacin de trfico en un evento fuerte de precipitacin.</p> <p>Augusto Sisa Camargo (105 )</p> <p>Generacin de la escorrenta Hay dos efectos importantes Perdidas iniciales: Intercepcin Almacenamiento en depresiones Infiltracin Evaporacin</p> <p> Precipitacin Efectiva Flujo sobre la superficie</p> <p>Augusto Sisa Camargo (106 )</p> <p>Escorrenta Una vez determinado el caudal de escorrenta su movimiento sobre la cuenca debe ser calculado siguiendo mtodos como el del Hidrograma UnitarioAugusto Sisa Camargo (107 )</p> <p>Hidrograma Unitario - HU Es el hidrograma de escorrenta superficial total resultante de un volumen unitario de lluvia efectiva, uniformemente distribuida en espacio y tiempo. La altura de la lluvia neta corresponde a la altura de la escorrenta</p> <p>d A = Q e dt0</p> <p>Augusto Sisa Camargo (108 )</p> <p>Consideraciones del HU No hay variacin estacional Se supone que cualquier otra forma de lluvia es lineal e invariante Lluvias de igual duracin, producen hidrogramas de igual duracin Superposicin La escorrenta es proporcional a la intensidad.Q2 i2 = Q1 i1</p> <p>Augusto Sisa Camargo (109 )</p> <p>Superposicin de HU</p> <p>Augusto Sisa Camargo (110 )</p> <p>Uso del HU con un Hietograma1 2 3</p> <p>Agregar un retraso</p> <p>1</p> <p>2 3</p> <p>Hidrograma Salida</p> <p>Augusto Sisa Camargo (111 )</p> <p>Efectos de la Urbanizacin el Hidrograma Unitario</p> <p>Augusto Sisa Camargo (112 )</p> <p>Estimacin del HU Con frecuencia no se dispone de informacin para estimar el HU de una cuenca En esta situacin se hace necesario estimar el HU como un HU - sinteticoAugusto Sisa Camargo (113 )</p> <p>HU - Sinttico Algunos de estos mtodos son lo de: HU Snyder HU Snyder Regionalizado til para cuencas urbanas pequeas</p> <p>Augusto Sisa Camargo (114 )</p> <p>HU SCS HU SCS adimensional HU Williams &amp; Hann Otros</p> <p>Condicione Extremas Velocidad mnima0.75 m/STipo de material Ladrillo comn Ladrillo vitrificado y gres Concreto PVC V (m/s) 3,0 5,0 5,0 10,0Augusto Sisa Camargo (115 )</p> <p> Velocidad Mxima</p> <p> El esfuerzo cortante medio3 N/m2</p> <p>Condiciones (EEUUA)</p> <p>Mays 2005</p> <p>Augusto Sisa Camargo (116 )</p> <p>Condiciones (EEUUA)</p> <p>Mays 2005</p> <p>Augusto Sisa Camargo (117 )</p>