Post on 06-Mar-2016
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HIDROLOGA SUPERFICIAL
TEMA:
DETERMINACIN DEL ESCURRIMIENTO EN UNA ZONA
Mtodo Racional
ING. JOS LEN ABURTOPROFESOR
Fundamentos del Mtodo Racional
El Mtodo Racional es um modelo hidrometeorolgico para laobtencin del caudal mximo de escorrenta de una cuenca,determinado un perodo de retorno.
Q = C I ADonde:Q = Caudal o Gasto en la seccin de clculo = 27.78 C I A = lts/segC = Coeficiente de escorrentaI = Intensidad de lluvia correspondiente al perodo de retornoA = Superfcie de la cuenca
Hiptesis del Mtodo Racional
La Intensidad de precipitacin es uniforme en el espacio y novaria en el tiempo
La duracin de la precipitacin que produce el caudal mximodada una Intensidad (I) es equivalente al tiempo deconcentracin de la cuenca (tc)
El tc, se considera como el tiempo que tarda toda el readrenante en contribuir a la escorrenta en la seccin de salida,as como el instante en que se produce el caudal mximo endicha seccin
Hiptesis del Mtodo Racional
El tiempo que transcurre entre el cese de la lluvia y el final de laescorrenta coincide con el tc
El perodo de retorno del caudal mximo calculado es el mismoque el de la intensidad media mxima de clculo
El almacenamiento de agua en la cuenca es insignificante, esdecir, no se dan procesos importantes de laminacin dehidrogramas, ya sea en la red de drenaje o en estructurassingulares
Hiptesis del Mtodo Racional
Proporciona solo un caudal mximo, no el hidrograma decreciente para el diseo
Asume que la escorrenta es directamente proporcional a laprecipitacin
El Coeficiente de escorrenta se mantiene uniforme en eltiempo y en el rea drenante considerada
Hiptesis Fundamental del Mtodo Racional
Una lluvia constante y uniforme que cae sobre la cuenca de
estudio, producir un gasto de descarga el cual alcanza su valor
mximo cuando todos los puntos de la cuenca esta contribuyendo al
mismo tiempo en el punto de diseo
tc
t
Q
QDiseo = Q mx. = C I A
Secuencia de Aplicacin
1. Pendiente Absoluta (P%) 2. Coeficiente de Escurrimiento (C) 3. Tiempo de concentracin (tc) 4. rea Tributaria (A) 5. Intensidad (I) 6. Gasto (Q)
1. Pendiente absoluta
Uno de los conceptos con el que la mayora de los profesionalesde la planificacin del paisaje o de la topografa estn
familiarizados es el de medir pendientes.
La pendiente es una forma de medir el grado de inclinacin delterreno. A mayor inclinacin mayor valor de pendiente.
La pendiente se mide calculando la tangente de la superficie. Latangente se calcula dividiendo el cambio vertical en altitud entre
la distancia horizontal.
Ha HbP% = 100
d
2. Coeficiente de escurrimiento
El Coeficiente de Escurrimiento (c) es la relacin del caudal quefluye sobre el terreno, al caudal llovido. Este parmetro no debe
confundirse con el coeficiente de infiltracin, el cual no es
empleado en nuestro estudio
Los Valores que usaremos segn el uso del suelo estn en lasiguiente tabla No. 1 Coeficientes de escurrimiento
Tabla No.1 Coeficientes de Escurrimiento
PendienteParque y
Jardines
Zonas sin
Urbanizar escasa
vegetacin
Zona
Urbana
Estacionamientos Tejados
0 20 0.20 0.25 0.35K1
0.90 1.0020 45 0.25 0.30 0.40K1
45 100 0.27 0.35 0.50K1
> 100 0.30 0.375 0.60K1
Valores para K1 para zonas urbanas
Uso del Suelos K1 Nota:
Para reas con uso del suelo mixto o
con pendientes variables, se deber
utilizar el promedio ponderado de los
coeficientes de escurrimiento
obtenidos.
Residencial muy baja densidad 0.80
Residencial baja densidad 0.90
Residencial mediana densidad 1.00
Residencial alta densidad 1.15
Centros de poblacin 1.20
Habitacin Popular 1.30
3. Tiempo de Concentracin (tc)
Este parmetro se refiere al tiempo que tarda el agua en surecorrido entre dos puntos determinados, los cuales son: el
extremo superior de la cuenca y el punto donde se mide el gasto
pluvial
AB
3. Tiempo de Concentracin (tc)
Este parmetro para escurrimiento superficial se calcula as:0.3333
Ko ( L )
tc = 0.50
( P )
Donde:
tc = El tiempo de escurrimiento en minutos.Ko = Factores de escurrimiento segn el uso del suelo Ver Tabla 2,
adimensional
L = Longitud de la cuenca en su caada principal, en metros.
P = Pendiente promedio de la cuenca, a lo largo de su caada
principal, en valor absoluto
Tabla No. 2 Factores de Escurrimiento Ko para determinar tc
Uso del Suelo Ko
Terrenos sin urbanizar 0.30
Parques y reas verdes 0.25
reas Urbanizadas 0.20
4. Determinacin del rea drenada
La cuenca tributaria a un punto determinado A, se obtiene apartir de los planos de configuracin topogrfica.
Se trazan lneas a partir del punto A, hacia ambos extremosde la cuenca, en direccin perpendicular a las curvas de nivel.
Estas lneas definen los lmites de las cuencas
AB
Parte Aguas
5. Determinacin la Intensidad (I)
Este parmetro se calcula as:
16 F
I = 0.46
( tc )
Donde:
I = Intensidad de la precipitacin cm/hra.F = Frecuencia o Perodo de retorno, aos
tc = Tiempo de concentracin, minutos
5. Clasificacin de las Intensidades
Intensidad mm/h Criterios
Ligera 2.5 o menos
Las gotas son fcilmente identificables, unas
de otras, las superficies expuestas secas
tardan ms de dos minutos en mojarse
completamente.
Moderada 2.5-7.5
No se pueden identificar gotas individuales,
los charcos se forman rpidamente. Las
salpicaduras de la precipitacin se observan
hasta cierta altura del suelo o de otras
superficies planas.
Fuerte > 7.5
La visibilidad es bastante restringida y las
salpicaduras que se producen sobre la
superficie se levantan varias pulgadas.
6. Determinacin del Gasto o Caudal Mximo
El Gasto o Caudal es la cantidad de fluido que circula a travsde una seccin de un curso de agua o seccin del ducto (tubera,
caera, oleoducto, canal,...) por unidad de tiempo
Q = 27.78 C I A = lts / seg
Ejemplo No. 1:
Encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima que se
presenta con una frecuencia de F = 5 aos como dato de diseo,
considerando adems los siguientes datos:
Datos:
rea drenada = 14 hectreas
Longitud de la cuenca a lo largo de la caada mayor: 500 m.
Nivel del punto a : 98 m.
Nivel del punto b: 128 m.
Uso de suelo: Urbano: Residencial baja densidad.
A
B
Ejemplo No.2:
Encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima
que se presenta con una frecuencia de F = 10 aos, como dato
de diseo, considerando los siguientes datos:
Datos:
rea drenada = 40,000 M
Longitud mayor de la cuenca: 0.325 km.
Nivel del punto a : 85.54 m.
Nivel del punto b: 112.78 m.
Uso de suelo: Parque