REF|UPN 2014; 1(1): 1 13Comparacin de caudal

COMPARACION DE CAUDAL UTIIIZANDO EL METODO RACIONAL Y METODO RACIONAL MODIFICADO EN LA CUENCA DEL RIO TRES RIOS- CAJAMARCA 2014 Comparison of wealth using the rational method and rational method modified in the basin of the river San Lucas - Cajamarca 2014.Tatiana Abanto Cabellos 1, Lesly Chingay Paredes 1, Dennis Huamn Segura 1.1Autor de correspondencia: Universidad Privada del Norte, Facultad de Ingeniera, Carrera Profesional de Ingeniera Civil, Cajamarca, Per.

RESUMENEsta investigacin tiene como objetivo determinar el caudal mximo en la cuenca del ro San Lucas en la ciudad de Cajamarca, basndonos para ello en las formulas descritas tanto en el mtodo racional como mtodo racional modificado. Para tal efecto se realizara la salida a campo para realizar la inspeccin del tipo de suelo, pendiente y de esta manera obtener algunos factores necesarios en la formula, asi mismo tambin se realizara la delimitacin de la cuenca para poder obtener algunos parmetros geomorfolgicos necesarios, una vez obtenidos los datos necesarios, aplicaremos en las formulas correspondientes obteniendo as los resultados para luego realizar la comparacinPALABRAS CLAVES: Caudal, mtodo racional, mtodo racional modificado

ABSTRACTThis investigation San Lucas has as aim determine the maximum flow in the basin of the river in Cajamarca's city, basing for it on the formulae described so much in the rational method as rational modified method. For such an effect the exit was realized to field to realize the inspection of the type of soil, earring and hereby to obtain some necessary factors in the formula, likewise also the delimiting of the basin was realized to be able to obtain some geomorphologic necessary parameters, once obtained the necessary information, we will apply in the corresponding formulae obtaining this way the results then to realize the comparison.KEYWORDS: Wealth, rational method, rational modified methodINTRODUCCINLa importancia de la medicin de agua de rio o de cualquier curso de agua importante desde diferente puntos de vista son saber la disponibilidad de agua con que se cuenta, distribuir el agua a los usuarios en la cantidad deseada, saber el volumen de agua con que se riegan los cultivos y poder determinar la eficiencia de uso y de manejo del agua (Franquet, 2009)Un aspecto importante en el estudio hidrolgico de una cuenca de aportacin es la capacidad que tiene de interceptar o infiltrar el agua de lluvia, que para el caso de la hidrologa de superficie, sera la definicin de la cantidad de lluvia en exceso, es decir la complementaria de la lluvia total y que es la que no se pierde y genera el escurrimiento tanto por la superficie del terreno, como su concentracin por medio de cauces naturales (arroyos y ros). La determinacin de la cantidad de agua de lluvia en exceso es funcin directa de las caractersticas fisiogrficas de la cuenca, y del uso del suelo, cobertura vegetal, textura y condicin hidrolgica de esta. Estos ltimos factores son utilizados para definir lo que se conoce como coeficiente de escurrimiento C los cuales son utilizados para el clculo del gasto que puede escurrir en una cuenca hidrolgica a partir de la intensidad de la lluvia o la altura de precipitacin mxima en 24 horas. (Morales, 2009) Tabla N 1: Coeficientes de escorrenta mtodo racionalCOBERTURAVEGETALTIPO DE SUELOPENDIENTE DEL TERRENO

PRONUNCIADAALTAMEDIASUAVEDESPRECIABLE

> 50%> 20%> 5%> 1%< 1%

Sin vegetacinImpermeable0,800.750.70.650.6

Semipermeable0,700.650.60.550.5

Permeable0,500.450.40.350.3

CultivosImpermeable0,700.650.60.550.5

Semipermeable0,600.550.50.450.4

Permeable0,400.350.30.250.2

Pastos, vegetacin ligeraImpermeable0.650.60.550.50.45

Semipermeable0.550.50.450.40.35

Permeable0.350.30.250.20.15

Hierba, gramaImpermeable0.60.550.50.450.4

Semipermeable0.50.450.40.350.3

Permeable0.30.250.20.150.1

Bosques, densa vegetacinImpermeable0.550.50.450.40.35

Semipermeable0.450.40.350.30.25

Permeable0.250.20.150.10.05

Fuente:

Para la estimacin de crecientes en cuencas rurales se han propuesto frmulas empricas y diversos mtodos basados en la relacin lluviaescurrimiento, denominados mtodos hidrolgicos. Quizs el ms simple y conocido sea el mtodo Racional (Aranda, 2008)A pesar de que el mtodo racional se comenz a utilizar para el diseo de drenaje urbano y agrcola hace ya ms de cien aos, actualmente continua siendo uno de los mtodos ms utilizados mundialmente para el clculo de estructuras de drenaje pluvial. El motivo de esta difusin y persistencia radica en su simplicidad y facilidad con la que es posible obtener los datos para su aplicacin (Lpez, 1995)El mtodo de la formula racional: permite hacer estimaciones de los caudales mximos de escorrentas usando las intensidades mximas de precipitacin.

El tiempo de concentracin representa el tiempo que demora una partcula de agua para trasladarse del punto ms remoto de la cuenca hasta el punto de desage. Cuando haya transcurrido este tiempo toda la cuenca estar contribuyendo a formas el caudal de la escorrenta que tendr en consecuencia un valor mximo. (Lpez, 1995)

La frmula es:

Dnde:

Q= caudal mximo de escorrentaC= coeficiente de escorrenta ( tablas)i= intensidad mxima de la lluvia para un periodo de duracin igual al tiempo de concentracin, y para la frecuencia deseada en el diseo.A= rea de la cuenca

Si i esta en m/seg y A en m2, Q resulta en m3/ seg. Si i esta en mm/h y A en Ha, entonces Q en m3/ seg viene dado por:

El mtodo de la formula racional modificado: Es el mtodo racional segn la formulacin propuesta por Tmez (1987, 1991) adaptada para las condiciones climticas de Espaa. Y permite estimar de forma sencilla caudales punta en cuencas de 51drenaje naturales con reas menores de 770 km2 y con tiempos de concentracin (Tc) de entre 0.25 y 24 horas, la frmula es la siguiente:Q = 0,278 CIAK Donde:Q : Descarga mxima de diseo (m3/s)C : Coeficiente de escorrenta para el intervalo en el que se produce I.I : Intensidad de precipitacin mxima horaria (mm/h)A : rea de la cuenca (Km2)K : Coeficiente de Uniformidad

DETERMINACION DEL TIEMPO DE CONCENTRACIN:

Existen varias formas de hallar el tiempo de concentracin Tc, de una cuenca.

1. USANDO LAS CARACTERSTICAS HIDRULICAS DE LA CUENCA: Dividir la corriente en tramos, segn sus caractersticas hidrulicas Obtener la capacidad mxima de descarga de cada tramo, utilizando el mtodo de seccin y pendiente Calcular la velocidad media correspondiente a la descarga mxima de cada tramo. Usar la velocidad media y la longitud del tramo para calcular el tiempo de recorrido de cada tramo. Sumar los tiempos de recorrido para obtener Tc

2. ESTIMANDO VELOCIDADES Calcular la pendiente media del curso principal, dividiendo el desnivel total entre la longitud total De la tabla se escoge el valor de la velocidad media Usando la velocidad media y la longitud total encontrar Tc.

Tabla N 2: PENDIENTE EN PORCENTAJE VELOCIDAD MEDIA pies/ seg

Bosques ( en la porcin superior de la cuenca )Pastizales ( en la porcin superior de la cuenca)Cauce natural no muy bien definido

0 - 31.01.51.0

4 72.03.03.0

8 113.04.05.0

12 - 153.54.58.0

Fuente:3. USANDO FORMULAS EMPRICAS

Tambin como vimos en la primera parte, tenemos formulas empricas que nos ayudan a calcular el Tc, dependiendo de la pendiente, la longitud del cauce principal, el rea de la cuenca, entre otras. Veremos algunas de ellas.1. SEGN KIRPICH: tenemos la siguiente formula, que vara segn el autor que hemos visto:En el libro de Rosendo Chvez, lo encontramos de la siguiente manera:

Dnde: L: Longitud del cauce principal. S: Es la pendiente del cauce principal.

En el libro de Mximo Villon, nos da un pequeo despeje que se puede arreglar para calcular su coeficiente y sus factores, segn l encontramos la frmula (tc = min):

Luego:

Donde:L: mxima longitud del recorrido, en m.H = Diferencia de elevacin entre los puntos extremos del cauce principal en m.

2. FRMULA AUSTRALIANA: En los estudios realizados en Australia (1977), el tiempo de concentracin se calcula de la siguiente manera:

Donde:Tc = tiempo de concentracin, en min.L = longitud de la corriente, en Km.A = Area de la cuenca, en Km2.S = pendiente del perfil de la corriente, en M/km.

3. FORMULA DE GEORGE RIVERO: Segn Rivero, el tiempo de concentracin se puede calcular con la siguiente formula:

Donde:Tc = tiempo de concentracin, en min.L = longitud del canal principal, en Km.p = relacin entre el rea cubierta de vegetacin y el rea total de la cuenca, adimensional.S = pendiente media del canal principal, en m/m.

4. FORMULA DEL SCS: Para cuencas pequeas, menos de 10 Km2, el U.S. Soil Conservation Service, propone la siguiente frmula:

Donde:Tc = tiempo de concentracin, en min.L = longitud hidrulica de la cuenca, en m. y se define mediante la siguiente ecuacin:

A = rea de la cuenca, en has.N = nmero de curva, adimensional.S = pendiente promedio de la cuenca, en %.

MATERIALES Y MTODOSPara esta investigacin nos basamos en dos bases tericas, una de ellas es la del mtodo racional y mtodo racional modificado.1. INSPECCIN DE CAMPO.La inspeccin de campo se realiz el da 31 de octubre del 2014 con el fin de recolectar informacin tal como topografa y fisiografa de la cuenca. Figura N 1:

Fuente: Elaboracin propia 2014

Figura N 2:

Fuente: Elaboracin propia 2014Figura N 3:

Fuente: Elaboracin propia 2014Figura N4:

Fuente: Elaboracin propia 2014

Figura N 5 :

Fuente: Elaboracin propia 2014

2. DELIMITACION DE CUENCA:

Una vez realizada la visita a campo, se procede a realizar la delimitacin de la cuenca en estudio para determinar los siguientes valores (ver anexo 1) :

rea de la cuenca

Pendiente de la cuenca

Longitud del cauce principal

3. DETERMINACIN COEFICIENTE DE ESCORRENTIA

Para la determinacin del coeficiente de escorrenta se proceder a la utilizacin de tablas segn lo obtenido en la inspeccin de campo segn la topografa y caractersticas fisiogrficas de la cuenca.

4. DETERMINACIN DE TIEMPO DE CONCENTRACION:

Se realizar con la utilizacin de frmulas segn sea el caso dependiendo de la pendiente, la longitud del cauce principal, el rea de la cuenca, entre otras.

9.- BIBLIOGRAFA

Aranda, D. F. (septiembre de 2008). scielo. Recuperado el 27 de octubre de 2014, de http://www.scielo.org.mx/scielo.php?pid=S1405-31952008000600002&script=sci_arttextArellano , J., & Guzman , J. (2011). INGENIERA AMBIENTAL. Mxico: ALFAOMEGA.Franquet, J. M. (2009). El caudal mnimo medioambiental del tramo inferior del ro Ebro.Lpez. (1995). Mtodo racional en zona urbana, Bases conceptuales y aplicacin a nivel de subcuencas. Curso de Hidrologa urbana. Dpto. de ingeniera hidrulica. martima y ambiental.Maskew Fair , G., Charles Geyer , J., & Alexander Okun, D. (2008). PURIFICACIN DE AGUAS Y TRATAMIENTO Y REMOCIN DE AGUAS RESIDUALES. Mxico: LIMUSA, S.A DE C.V GRUPO NORIEGA EDITORES.Ministerio de Salud. (2011). REGLAMENTO DE LA CALIDAD DE AGUA PARA CONSUMO HUMANO. Lima: Direccion General de Salud Ambiental.Ministerio Del Ambiente. (2012). Propuesta de Estndares Nacionales de Calidad Ambiental para Agua Subterranea. LIMA.Morales, G. P. (2009). Apuntes de Hidrologa Superficial Nuevo Plan. Mexico.Pilgrim, D. H. (1993). Flood runoff. In: Maidment, D. R. New York, U.S.A: Handbook of Hydrology. McGrawHill, Inc. .

ANEXOS8