Diapositivas Caudal Maximo
-
Upload
wilfredopf -
Category
Documents
-
view
257 -
download
9
Transcript of Diapositivas Caudal Maximo
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTOBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERÍA DE MINAS GEOLOGÍA Y CIVIL
ESCUELA DE FORMACIÓN PROFESIONAL DE INGENIERÍA CIVIL
“ESTIMACION DE CAUDALES MAXIMOS”
INTEGRANTES : PARADO CORONADO, Zunilda: QUINTANILLA JUSCATA, Bethzabé: VALENZUELA RAMÍREZ, Jorge André: VENTURA LÓPEZ, Raúl: ZÚÑIGA RAMOS, José Antonio
AYACUCHO – PERÚNOVIEBRE 2012
INTRODUCCIÓNLa estimación de caudales máximos asociados adeterminados periodos de retorno de diseño esfundamental en muchas aplicaciones de la Ingeniería.Para diseñar:Las dimensiones de un cauceSistemas de drenaje
- agrícola- agrícola- aeropuerto- ciudad- carretera
Muros de encauzamiento para proteger ciudades yplantacionesAlcantarillasVertedores de demasíasLuz en puentes
INTRODUCCIÓN
Se debe calcular o estimar el caudal de diseño, que paraesos casos, son los caudales máximos.
La magnitud del caudal de diseño, es función directa delperíodo de retorno que se le asigne, el que a su vezdepende de la importancia de la obra y de la vida útil dedepende de la importancia de la obra y de la vida útil deésta.
En la determinación de valores extremos normalmentese estará en alguno de los siguientes escenarios:
• Caso de un río con registros de Qmax
• Caso de un río sin información de Qmax
INTRODUCCIÓNEl primero de los casos normalmente se abordahaciendo uso de las distribuciones probabilísticasmás usuales:NormalLog Normal de 2 ParámetrosLog Normal de 3 ParámetrosLog Normal de 3 ParámetrosGamma de 3 Parámetros o Pearson tipo IIILog Gamma de 3 Parámetros o Log Pearson tipoIIIGumbelDel cual se empleará la distribución de mejorajuste de acuerdo a los resultados obtenidos apartir de pruebas como Chi-Cuadrado oKolmogorov-Smirnov.
INTRODUCCIÓNEn el segundo caso, al no contarse con estaciones deaforo que proporcionen registros de descargas máximas,se tendrá que acudir a métodos alternativos, basados lamayoría de ellos en datos de precipitación máxima en 24horas y en las características físicas de la cuenca, paraasí inferir los caudales máximos asociados a un ciertoperiodo de retorno que podrían presentarse en la zona deperiodo de retorno que podrían presentarse en la zona deinterés de un proyecto en estudio.
El presente artículo pretende efectuar un breve repaso delos métodos más usuales disponibles para la estimaciónde Qmax, tales como:Método de la envolvente de descargas máximas deCreagerMétodo DirectoMétodo Racional
METODO DE LA ENVOLVENTE DEDESCARGA MAXIMA DE CREAGER
Este método, originalmente desarrollado porCreager, fue adaptado para el territorioperuano por Wolfang Trau y Raúl GutiérrezYrigoyen.La aplicación de este método permite laLa aplicación de este método permite laestimación de los caudales máximos diarios encuencas sin información, para diferentesperiodos de retorno, tomando el área de lacuenca como el parámetro de mayor incidenciaen la ocurrencia de caudales máximos.La formula es la siguiente:
La formula es la siguiente:
nmAATLogCCQ
**21max
Qmax; Caudal máximo para un periodo deretorno T seleccionado, en m3/s.
A; Área de la cuenca aportante, en km2.A; Área de la cuenca aportante, en km2.
T; Período de retorno, en años.
C1, C2; Coeficientes adimensionales de escala,por regiones hidráulicas.
m, n; Coeficientes adimensionales de escala,por regiones hidráulicas.
Según losautores, elterritorio peruanoquedasubdividido ensiete regioneshidráulicashidráulicasdiferenciables,tal como semuestra en elmapa:
Región C1 C2 m n
1 1.01 4.37 1.02 0.04
2 0.1 1.28 1.02 0.04
Para cada una de las zonas identificadas, seestablece el conjunto de coeficientes yexponentes indicados en la tabla siguiente:
TABLA Nº 1: COEFICIENTES ADIMENSIONALES PARA CADA REGIÓNHIDRÁULICA
2 0.1 1.28 1.02 0.04
3 0.27 1.48 1.02 0.04
4 0.09 0.36 1.24 0.04
5 0.11 0.26 1.24 0.04
6 0.18 0.31 1.24 0.04
7 0.22 0.37 1.24 0.04
Cabe señalar que, en general, a pesar de susimplicidad, este método es bastante preciso.
Ejemplo: Determinar el caudal máximo para una cuencaubicada en la región Ayacucho entre las provincias deSucre y Víctor Fajardo, para el diseño de una defensa
ribereña. El área de la cuenca es de 51.1 km2.
ESTACIONDEAFORO
Solución:Primero determinaremos el periodo de retornoteniendo en cuenta la siguiente formula deriesgo admisible.
n
TR
111
Donde: R; riesgo admisible (%)
T; periodo de retorno (años)
n; vida útil de la obra (años)
El valor de “R” se obtiene de la siguiente tabla.
TIPO DE OBRARIESGO ADMISIBLE (**)
(%)
Puentes (*) 25
Alcantarillas de paso de quebradas importantes y
badenes30
Alcantarillas de paso de quebradas menores y
descarga de agua de cunetas35
Drenaje de plataforma (a nivel longitudinal) 40
TABLA Nº 2: VALORES MÁXIMOS RECOMENDADOS DERIESGO
ADMISIBLE DE OBRAS DE DRENAJE
Subdrenes 40
Defensas ribereñas 25
(*) -Para la obtención de la luz y nivel de aguas máximasextraordinarias.
Se recomienda un periodo de retorno T de 500 años para elcálculo de socavación.(**) -Vida Útil considerado (n)
•Puentes y defensas ribereñas n = 40 años.•Alcantarillas de quebradas importantes n = 25 años.•Alcantarillas de quebradas menores n = 15 años.•Drenaje de plataformas y subdrenes n = 15 años.
Se tendrá en cuenta, la importancia de la vida útil de la obra adiseñarse.El propietario de una obra es el que define el riesgo admisible defalla y la vida útil de las obras.
Por lo tanto se considerara: n = 40 años
R = 25 %
Entonces, reemplazando en la formula seobtiene:
n
TR
111
T
T = 140 años
Los valores de C1, C2, m y n para la regiónhidráulica 6 son:
C1 = 0.18; C2 = 0.31; m = 1.24; n =0.04
Se procede a reemplazar los datos en lasiguiente formula.
A = 51.1 km2
T = 140 años
C1 = 0.18; C2 = 0.31
m = 1.24; n = 0.04
04.01.51*24.11.51*140*31.018.0max
LogQ
m = 1.24; n = 0.04
nmAATLogCCQ
**max 21
smQ /90.67max 3
Curso de Recursos HidráulicosCaudales Máximos
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
Método de sección y pendiente o HuellasMáximas
Este método se basa en la aplicación de la formula deManning
– Se estima después de a verse presentado una avenidamáxima .máxima .
– Los trabajos de campo incluyen
○ Selección de un tramo del río representativo,suficientemente profundo, que contenga al nivel de lasaguas máximas.
○ Levantamiento de secciones transversales en cadaextremo del tramo elegido.
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
1.Para determinar el caudal, se escoge un tramo de cauce pordonde ocurrió la avenida máxima, procurando que el tramotenga la pendiente lo más uniforme posible y la sección lomás regular.
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
2. Levantamiento Topográfico
Una vez determinado el sitio donde se ubicará laconstrucción de la estructura, es necesario obtener el perfilde la sección transversal por medio de un levantamientotopográfico
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
A1, A2 = áreas hidráulicas
P1, P2 = perímetros mojados
R1, R2 = radios hidráulicos
AAA RR
3. Determinar la pendiente S de la superficie libre del agua conlas huellas de la avenida máxima en análisis.
1
11
P
AR
221 AA
A
2
21 RRR
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
4. Elegir el coeficiente de rugosidad n de Manning de acuerdo alas condiciones físicas del cauce.
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
Métodos de estimación de avenidas máximas:Método directo
5. Aplicar la fórmula de Manning
Donde:
2
1
3
21
SARn
Q Donde:
Q = caudal máximo, m3/s
n = coeficiente de rugosidad
A = área hidráulica promedio, m2
R = radio hidráulico promedio, m
S = pendiente, m/m
n
RESTRICCION: para pequeñas cuencas dedrenaje no mayor a 13 km2.
PRINCIPIO: Parte de la suposición, que la máx.Escorrentia ocasionada por las lluvias es igual altiempo de concentración (tc).
Cuando esto ocurre toda la cuenca contribuye conel caudal en el punto de salida.
Si tc < duración →la cuenca contribuye pero la intensidad de lluvia es menor
Si tc > duración →el agua caída en los puntos +alejados no llega a la salida y la intensidad de lluvia es mayor.
Entonces según este planteamiento, la formula racional paracaudales máximos seria:
METODO RACIONAL
Q: caudal máximo (m3/s) C: coef. escorrentía, depende de cobertura vegetal, pendiente y tipo de suelo.
(adimensional) I: intensidad máxima de la lluvia, para una duración igual al tiempo de concentración
y para un periodo de retorno dado. A: área de la cuenca (km2)
6.3
CIAQ
¿Qué es tiempo de concentración?
El tiempo que transcurre desde que unagota de agua cae, en el punto masalejado de la cuenca, hasta la salida de
METODO RACIONAL
alejado de la cuenca, hasta la salida dela cuenca (estación de aforo).
Tomar en cuenta : Las dimensiones de lacuenca, pendientes, vegetación, otroshacen variar el tc.
Formas de hallar tc
- trazadores radioactivos
- Con las características hidráulicas de la cuenca.
- Estimando velocidades.
METODO RACIONAL
- Estimando velocidades.
Pendiente (%)
Vegetación densa
o cultivos
Pastos o
vegetación ligeraSin vegetación
0-5 25 40 70
5-10 50 70 120
10-15 60 90 150
15-20 70 110 180
METODO RACIONAL
Tiempo de concentración
Kirpich
385.03
0195.0
H
Ltc
58Lt
- Con formulas empíricas.
Australiana
George rivero
krapich
385.03
0195.0
H
Lt c
2.01.0
58
SA
Ltc
04.0)100)(2.005.1(
16
Sp
Ltc
77.0
5.098.3
S
Ltc
Determinación de la intensidad de lluviaPor formula:
A partir de la curva intensidad - duración -periodo de retorno.
3613.0
3682.0
.max 549.37D
TI
METODO RACIONAL
coeficiente de escorrentia (C)
La escorrentia es el agua que llega al cauce deevacuación y el valor de C depende de factorestopográficos, edafologicos y cobertura vegetal.
*En función de la cobertura pendiente y vegetación
Tipos de Pendiente
Textura
Franco
METODO RACIONAL
Tipos de
vegetación
Pendiente
(%) Franco
arenosa
Franco
arcillolimos
a- limosa
arcillosa
Forestal
0 – 5
5 – 10
10 - 30
0.10
0.25
0.30
0.30
0.35
0.50
0.40
0.50
0.60
Praderas
0 – 5
5 – 10
10 - 30
0.10
0.15
0.20
0.30
0.35
0.40
0.40
0.55
0.60
Terrenos
cultivados
0 – 5
5 – 10
10 - 30
0.30
0.40
0.50
0.50
0.60
0.70
0.60
0.70
0.80
Tipos de área drenada C
Áreas comerciales
Céntricas
vecindarios
0.7 – 0.95
0.5 – 0.7
Áreas residenciales
Familiares simples
Multifamiliares separadas
Multifamiliares concentrados
0.30 – 0.50
0.40 – 0.60
0.60 – 0.75
*Para zonas urbanas:
METODO RACIONAL
Multifamiliares concentrados
Semi-urbanos
Casas de habitación
0.60 – 0.75
0.25 – 0.40
0.50 – 0.70
Áreas industriales
Densas
Espaciadas
Parques, cementerios
Campos de juego
Patios de ferrocarril
Zonas suburbanas
0.60 – 0.90
0.50 – 0.80
0-10 – 0-25
0.10 – 0.35
0.20 – 0.40
0.10 – 0.30
Calles
Asfaltadas
De concreto hidráulico
Adoquinados
Estacionamientos
techados
0.70 – 0.95
0.80 – 0.95
0.70 – 0.85
0.75 – 0.85
0.75 – 0.95
Ejem: diseñar el caudal máximo para un periodo deretorno de 10 años
METODO RACIONAL
METODO RACIONAL
CONCLUSIONES
Los métodos presentados son de total aplicabilidaden las cuencas peruanas; más aún, al menos uno deellos han sido desarrollados tomando enconsideración la realidad de nuestro territorio.
En el estudio de proyectos reales, es recomendableEn el estudio de proyectos reales, es recomendablehacer uso de varios de los métodos presentados yluego, analizar los resultados obtenidos; momentoen el cual, la experiencia del especialista resultaesencial.