04/05/2013
FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA CIVIL CURSO:
HIDROLOGIA GENERAL SEMESTRE 2013-I DOCENTE: ING° CARLOS LUNA LOA LOAYZA YZA
CURSO:
HIDROLOGIA SEMESTRE 2013-I
TIEMPO DE CONCENTRACION
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.1.- As!" As!"#$s #$s %!&!' %!&!'()!s ()!s El ti tiem empo po de con once cent ntra raci ción ón es un unaa de las va vari riab ables les má máss *+$'#(&#!ss ( ,!#!'+*& *+$'#(&#! ,!#!'+*&(' (' !& )( )(&**"("*& ,! /s$s ,!) s/!)$ !& )( "$&s!'("*& ,! s/!)$s (%/(s o gestión de recursos recu rsos hídr hídricos icos.. Si nuestro $!#*$ !s !*#(' !*#(' )( ,!%'(,("* ,!%'(,("*& & ,!) #!''!&$ por procesos de erosión hídrica, posibilitar la implantación de un cultivo nuevo o cambiar el sistema de riego, no es lógico !uerer !uer er sabe saberr cuál es la previs previsión ión de lluvias lluvias en la "ona "ona a un pla"o pla"o de ti tiemp empo o dad dado# o# $ara poder responder a esta pregunta de %orma satis%actoria es necesario !ue primero resolvamos una cuestión característica #*!+$ +$ ,! "$ "$&" &"!&# !&#'( '("* "*& & de nuestra nuestra cue cuenca nca de tr traba aba&o: &o: s/ #*!
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.2.5.2 .- D!* D!*&*" &*"*& *& Se de%ine como el #*!+$ el #*!+$ +4&*+$ &!"!s('*$ ('( /! #$,$s )$s /&#$s ,! /&( "/!&"( !s#6& ($'#(&,$ (%/( (% /( ,! !s !s"$ "$'' ''!&# !( 4( ,! $ $'+ '+( ( s* s*+/ +/)# )#7& 7&!( !( () / /&# &#$ $ ,! s()*,(,, punto s()*,( punto de de desa sag' g'ee o punto punto de ci cier erre re.. #*!+ !+$ $ / /! ! #(' (',( ,( !& )) ))!% !%( (' ( )( Está det Está determ ermina inado do por el #* s()*,( ,! )( "/!&"( !) (%/( /! '$"!,! ,!) /&#$ 8*,'$) 8*,' $)%*" %*"(+!& (+!&#! #! +7s ()! ()!(, (,$ $, ( representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es constante, al tiempo !ue má)imo* el punto 8*,'$)%*"(+!&#! +7s ()!(,$ !s (/6) ,!s,! !) /! !) (% (%/( /( ,! !s !s"$ "$'' ''!& ! #4( ( !+ !+) )!( !( +7s #* #*!+ !+$ $ !& )) ))!% !%(' (' ( )( s()* s()*,( ,(..
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.1.- As!" As!"#$s #$s %!&!' %!&!'()!s ()!s El ti tiem empo po de con once cent ntra raci ción ón es un unaa de las va vari riab ables les má máss *+$'#(&#!ss ( ,!#!'+*& *+$'#(&#! ,!#!'+*&(' (' !& )( )(&**"("*& ,! /s$s ,!) s/!)$ !& )( "$&s!'("*& ,! s/!)$s (%/(s o gestión de recursos recu rsos hídr hídricos icos.. Si nuestro $!#*$ !s !*#(' !*#(' )( ,!%'(,("* ,!%'(,("*& & ,!) #!''!&$ por procesos de erosión hídrica, posibilitar la implantación de un cultivo nuevo o cambiar el sistema de riego, no es lógico !uerer !uer er sabe saberr cuál es la previs previsión ión de lluvias lluvias en la "ona "ona a un pla"o pla"o de ti tiemp empo o dad dado# o# $ara poder responder a esta pregunta de %orma satis%actoria es necesario !ue primero resolvamos una cuestión característica #*!+$ +$ ,! "$ "$&" &"!&# !&#'( '("* "*& & de nuestra nuestra cue cuenca nca de tr traba aba&o: &o: s/ #*!
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.2.5.2 .- D!* D!*&*" &*"*& *& Se de%ine como el #*!+$ el #*!+$ +4&*+$ &!"!s('*$ ('( /! #$,$s )$s /&#$s ,! /&( "/!&"( !s#6& ($'#(&,$ (%/( (% /( ,! !s !s"$ "$'' ''!&# !( 4( ,! $ $'+ '+( ( s* s*+/ +/)# )#7& 7&!( !( () / /&# &#$ $ ,! s()*,(,, punto s()*,( punto de de desa sag' g'ee o punto punto de ci cier erre re.. #*!+ !+$ $ / /! ! #(' (',( ,( !& )) ))!% !%( (' ( )( Está det Está determ ermina inado do por el #* s()*,( ,! )( "/!&"( !) (%/( /! '$"!,! ,!) /&#$ 8*,'$) 8*,' $)%*" %*"(+!& (+!&#! #! +7s ()! ()!(, (,$ $, ( representa el momento a partir del cual el caudal de escorrentía es constante, al tiempo !ue má)imo* el punto 8*,'$)%*"(+!&#! +7s ()!(,$ !s (/6) ,!s,! !) /! !) (% (%/( /( ,! !s !s"$ "$'' ''!& ! #4( ( !+ !+) )!( !( +7s #* #*!+ !+$ $ !& )) ))!% !%(' (' ( )( s()* s()*,( ,(..
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.2.5.2 .- D!* D!*&*" &*"*& *& $ara entender bien el concepto de tiempo de concentración concentr ación pensemos un poco en el siguiente e&emplo +%igura -: en -: en un instante dado comien"a a llover de %orma uni%orme ( constante sobre un canal de riego* inmedi inm ediata atamen mente te co come men"a n"ará rá a cir circul cular ar agu aguaa hac hacia ia el punto de salida del canal +pto. -, pero en el instante inicial +to-, /nicamente +to-, /nicamente saldrá del canal el agua !ue cae dirrect di ctam amen entte so sobr bree el pu pun nto de sal alid idaa o en sus inmediaciones,, puesto !ue el agua precipitada en la parte inmediaciones alta al ta de dell ca cana nall ta tard rdar aráá ci cier erto to ti tiem empo po en re reco corr rrer er la distancia dist ancia !ue sepa separa ra los punt puntos os 0 ( . .
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION CONCENTRACION 5.2.5.2 .- D!* D!*&*" &*"*& *&
1igura 1igu ra n2 .3 E&emplo: E&emplo: lluvia sobre sobre un canal
4ógicamente, si la lluvia se mantiene con la misma intensidad desde el inicio de la tormenta hasta el %inal, el caudal de agua !ue irá saliendo por el punto irá aumentando a partir del momento inicial hasta alcan"ar un valor má)imo, ( a partir de esee mo es mome ment nto o se ma mant nten endr dráá co cons nsta tant ntee ha hast staa !u !uee ce cese se la precipitación
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.2.- D!*&*"*& •
•
Pasado el instante inicial, los puntos intermedios del canal irán aportando agua a la salida → el caudal de la escorrentía, Q, irá creciendo Cuando el agua procedente del punto A llegue a B, toda la supericie del canal estará aportando agua → Q será má!imo " "a no aumentará mientras la intensidad de la llu#ia permane$ca constante%
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.2.- D!*&*"*& &n el e'emplo de la igura 3 aparece el tra$ado de las supericies comprendidas entre isocronas correspondientes a la llegada del agua de escorrentía al punto de cierre de una cuenca en la (ue el tiempo má!imo empleado por el agua de escorrentía para llegar a la salida es de ) *oras% +a $ona (ueda di#idida en ) sectores Transcurrida la 1º hora desde el inicio de la escorrentía, -nicamente el sector en amarillo .el más pr!imo al punto de desage está aportando agua en el punto de control% Transcurridas 2 horas desde el inicio de la escorrentía, -nicamente los sectores amarillo " naran'a están aportando agua en el punto de control% Transcurridas 3 horas desde el inicio de la escorrentía, los sectores amarillo, naran'a " rosa están aportando agua en el punto de control% •
•
•
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.2.- D!*&*"*&
igura n 3% +as líneas isocrononas separan las $onas de dierentes colores
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.2.- D!*&*"*& •
•
•
Transcurridas 4 horas desde el inicio de la escorrentía, aportarán agua los sectores amarillo, naran'a, rosa " #erde en el punto de control% Transcurridas 5 horas desde el inicio de la escorrentía, los sectores amarillo, naran'a, rosa " #ioleta están aportando agua en el punto de control% Transcurridas 6 horas desde el inicio de la escorrentía, toda la cuenca .sectores amarillo, naran'a, rosa, #erde, #ioleta " a$ul están aportando agua en el punto de control o desage%
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.3.- C('("#!'4s#*"(s El tiempo de concentración, o tiempo mínimo necesario para !ue toda la cuenca est5 aportando agua al punto de salida, es un parámetro característico de cada cuenca ( depende de los siguientes %actores: 6el tama7o de la cuenca: a ma(or tama7o ma(or tc 6e la topogra%ía: a ma(or accidentalidad o pendiente, menor tc 4a %orma: a igualdad de otros %actores, las cuencas alargadas +%igura 8a- presentan menores tc !ue las cuencas apaisadas +%igura 9b- o redondeadas. • •
•
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.3.- C('("#!'4s#*"(s
)
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ 4a determinación del tiempo de concentración se reali"a con a(uda de tablas o ecuaciones empíricas, siendo las más utili"adas: a- Usando ablas 0gres, US60 Comac;* b- Usando Ecuaciones ransb(3
eras, ?iandotti, @irpich, $assinni 6irección ?eneral de Carreteras +Espa7a-. • • •
• • • • • •
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us(&,$ #()(s (.1.- M6#$,$ ,! A%'!s
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us(&,$ #()(s (.2.- M6#$,$ ,! S$*) C$&s!'(#*$& S'*"! USDA ; &ste m8todo se utili$a para cuencas menores a 1250 9a% K S
= =
:onde ;< = += >= 9=
3 .3 * L
S
H L
;iempo de concentracin en minutos% +ongitud de recorrido del agua desde el punto *idrolgicamente más alto .m% Pendiente de la cuenca .m/m% :ierencia de altitudes entre cotas e!tremas .m%
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us(&,$ #()(s (.2.- M6#$,$ ,! S$*) C$&s!'(#*$& S'*"! USDA ;
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us(&,$ #()(s (.3.- M6#$,$ ,! C$'+("<
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.1.- Método de Kirpich (194! :esarrollada a partir de inormacin del >C> en siete cuencas rurales en ;ennessee con canales @ien deinidos " pendientes empinadas .3 a 10 para lu'o supericial en supericies de concreto o asalto se de@e multiplicar t, por 0%4 para canales de concreto se de@e multiplicar por 0%2 no se de@e *acer ning-n a'uste para lu'o supericial en suelo descu@ierto o para lu'o en cunetas% tc
:onde tc = += >=
=
0 .0 0 7 8 L
0 . 77
S
−
0 . 38 5
;iempo de concentracin .minutos% +ongitud del canal desde aguas arri@a *asta la salida .pies% Pendiente promedio de la cuenca .pie/pie%
?
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.1.- Método de Kirpich (194! Aplicamos la siguiente ecuacin T
=
0 . 0 1 9 4 7 L 0 . 7 7 S − 0 . 3 8 5
:onde ;= += >=
;iempo de concentracin .minutos% +ongitud má!ima a la salida .m% Pendiente del lec*o .m/m%
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.2.- Método de "ali#ornia "ul$ert %ractice (1942! &sencialmente es la ecuacin de irpic* desarrollada para pe(ueDas cuencas montaDosas en Caliornia .E% >% Bureau o Feclamation, 1?63, pp% )661% Aplicamos la siguiente ecuacin t c
=
L 3 0 .0 1 9 5 H
:onde tc = += 9=
0 .3 8 5
;iempo de concentracin .minutos% +ongitud del curso de agua más largo .m% :ierencia de ni#el entre la di#isoria de aguas " la salida .m%
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.3.- Método de &''ard (1946! :esarrollada e!perimentalmente en la@oratorio por el Bureau o Pu@lic Foads para lu'o supericial en caminos " áreas de c8spedes los #alores del coeiciente de retarda #arían desde 0%0060 para pa#imentos mu" lisos *asta 0%012 para pa#imentos de concreto " 0%0) para supericies densamente cu@iertas de pasto la solucin re(uiere de procesos iterati#os el producto de i por L de@e ser G= 3700% Aplicamos la siguiente ecuacin t c
=
5 2 5 ( 0 .0 0 0 0 2 7 6 i S
0 .3 3 3
+
) L 0 .3 3
c
i 0 .6 6 7
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.3.- Método de &''ard (1946! t c
=
5 2 5 ( 0 .0 0 0 0 2 7 6 i
:onde tc = i= c = += > =
S
0 .3 3 3
i
+
c
) L 0 .3 3
0 .6 6 7
;iempo de concentracin .minutos% Hntensidad de llu#ia, mm/* Coeiciente de retardo +ongitud de la tra"ectoria de lu'o, m% Pendiente de la tra"ectoria de lu'o, m/m
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.4.- Método de ederal )$iation )d*inistration (19+! :esarrollada de inormacin so@re el drena'e de aeropuertos recopilada por el Corps o &ngineers el m8todo tiene como inalidad el ser usado en pro@lemas de drena'e de aeropuertos, pero *a sido recuentemente usado para lu'o supericial en cuencas ur@anas% tc
=
0 .7 0 3 5 (1 .1
:onde tc = C= += >=
−
C
)
L
0 .5 0
S
0 .3 3 3
;iempo de concentracin .minutos% Coeiciente de escorrentía del m8todo racional +ongitud del lu'o supericial, m% Pendiente de la supericie, m/m
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.5.- Método de ,cuacin de nda cine*/tica Mor0ali insle (1965! )ron ,rbor0e (19+3! &cuacin para lu'o supericial desarrollada a partir de análisis de onda cinemática de la escorrentía supericial desde supericies desarrolladas el m8todo re(uiere iteraciones de@ido a (ue tanto H .intensidad de llu#ia como t c son desconocidos la superposicin de una cur#a de inten sidadduracinrecuencia da una solucin gráica directa para t c. t c
=
7 L 0 . 6 0 n 0 . 6 I
0 .4
S
0 .3
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.5.- Método de ,cuacin de nda cine*/tica Mor0ali insle (1965! )ron ,rbor0e (19+3! t c
:onde tc = += n = H = > =
=
7 L 0 . 6 0 n I
0 .4
S
0 .6
0 .3
;iempo de concentracin .minutos% +ongitud del lu'o supericial .m% Coeiciente de rugosidad de Ianning Hntensidad de llu#ia .mm/* Pendiente promedio del terreno .m/m
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.6.- Método de ,cuacin de retardo oil "onser$ation er$ice (" 19+3! &cuacin desarrollada por el >C> a partir de inormacin de cuencas de uso agrícola *a sido adaptada a pe(ueDas cuencas ur@anas con áreas ineriores a 2,000 acres se *a encontrado (ue generalmente es @uena cuando el área se encuentra completamente pa#imentada para áreas mi!tas tiene tendencia a la so@reestimacin se aplican actores de a'uste para corregir eectos de me'oras en canales e impermea@ili$acin de supericies la ecuacin supone (ue t c = 1%)6 ! retardo de la cuenca% 0 . 0 1 3 6 L t c
=
0 .8 0
1000 C N
−
9
0.7
S 0 . 5
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.6.- Método de ,cuacin de retardo oil "onser$ation er$ice (" 19+3! 0 . 0 1 3 6 L t c
0 .8 0
=
1000 C N S
−
9
0.7
0.5
:onde tc = +=
;iempo de concentracin .minutos% +ongitud *idráulica de la cuenca, ma"or tra"ectoria de lu'o .m CJ = J-mero de cur#a >C> > = Pendiente promedio de la cuenca .m/m
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.+.- Método de "artas de elocidad pro*edio de la " (19+5 1976! +as cartas de lu'o supericial de la igura 31 del ;F 55 muestran la #elocidad promedio como una uncin de la pendiente del curso de agua " de la cu@ierta supericial% (Véase tam@i8n la ta@la 5%6%1 t c
=
:onde tc = += K=
1 60
∑
L V
;iempo de concentracin .*oras% +ongitud de la tra"ectoria del lu'o, pies Kelocidad promedio en pies por segundo .igura 31 del ;F 55 para dierentes supericies
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.7.- Método de 8ransb - illia*s Aplicamos la siguiente ecuacin T
L
=
S
M
1 .5 * D
:onde ;= += :=
2
F
;iempo de concentracin .*oras% :istancia má!ima a la salida .m% :iámetro del círculo de área e(ui#alente a la supericie de la cuenca .mL Mrea de la cuenca .mL% Pendiente media del cauce principal .%
I= =
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.9.- Método de entura - :eras 0 . 5siguiente ecuacin Aplicamoss la tc
=
a
i s ie n d o _ 0 .0 5
a
=
≤
a
≤
0 .5 0
L
:onde tc = i= >= += a=
S
;iempo de concentracin .*oras% Pendiente media del cauce principal . Mrea de la cuenca .mL +ongitud del cauce principal .m% Ale'amiento medio%
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.1.- Método de %assini 1 Aplicamos la siguiente ecuacin tc
=
a
( S L )3 0.5
i s ie n d o _ 0 .0 4
a
=
≤
a
≤
0 .1 3
L S
:onde tc = i= >= += a=
;iempo de concentracin .*oras% Pendiente media del cauce principal . Mrea de la cuenca .mL +ongitud del cauce principal .m% Ale'amiento medio%
5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.11.- Método de ;oandotti Aplicamos la siguiente ecuacin t c
=
4
S
0.8
+
1 .5 L H
s ie m p r e _ L / 3, 6 0 0
:onde tc = >= += iA
≥
tc
≥
(L / 3, 6 0 0
+
1 .5
)
;iempo de concentracin .*oras% Mrea de la cuenca .mL +ongitud del cauce principal .m% Elevación media de la cuenca o di%erencia de nivel principal +m-
1)
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5.0 TIEMPO DE CONCENTRACION 5.9.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- Us(&,$ !"/("*$&!s b.12.- Método de
=
:onde tc = N= 9= +=
L 0 . 3 1/ 4 J
0 .7 6
;iempo de concentracin .*oras% Pendiente media del cauce principal .9/+ :ierencia de ni#el entre el punto de desage " el punto *idrolgicamente más ale'ado .m +ongitud del cauce principal .
CURSO:
HIDROLOGIA SEMESTRE 2013-I
PERIODO DE RETORNO
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.1.- As!"#$s %!&!'()!s Período de retorno es uno de los parámetros más signiicati#os a ser tomado en cuenta en el momento de dimensionar una o@ra *idráulica destinada a soportar a#enidas, como por e'emplo el #ertedero de una presa, los di(ues para control de inundaciones o una o@ra (ue re(uiera cru$ar un río o arro"o con seguridad, como puede ser un puente% &l periodo de retorno se deine como el inter#alo de recurrencia .;, al lapso promedio en aDos entre la ocurrencia de un e#ento igual o ma"or a una magnitud dada% &ste periodo se considera como el in#erso de la pro@a@ilidad, del m8simo e#ento de los n registros%
=.0 PERIODO DE RETORNO =.2.- C7)"/)$ ,!) !'*$,$ ,! '!#$'&$ &l #alor del periodo de retorno se determina en uncin de la posicin de la #aria@le aleatoria .Pmá! o Qmá! en su caso en una ta@la de #alores, ordenados de ma"or a menor, como se muestra en el Cuadro 1% Con @ase en las siguientes relaciones T = p =
n +1 m m n +1
:onde T = Período de retorno (años). n = Numero de años de registro. m = Número de orden. P = Probabilidad.
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.2.- C7)"/)$ ,!) !'*$,$ ,! '!#$'&$
=.0 PERIODO DE RETORNO =.2.- C7)"/)$ ,!) !'*$,$ ,! '!#$'&$ ;am@i8n se puede utili$ar la siguiente e!presin% >ea un suceso O con pro@a@ilidad p de presentarse al menos una #e$ en un aDo% &l período de retorno, ;, del suceso, O, es la &speran$a matemática del tiempo transcurrido entre la presentacin de 2 sucesos iguales o ma"ores (ue O%
∑ ( t ) − 1 p + 2 p (1 − p ) + 3 p (1− p ) 1 T = ∑ np (1 − p ) − p T
=
2
+ ... +
np (1− p )
n −1
n −1
Donde
; es el n-mero medio de aDos (ue transcurre entre la presentacin de 2 sucesos iguales o ma"ores a O%
1?
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 1. >"?), @ %,AB< <, A,TA@ @AM)M,@T, ?)< ,@ , <&,CD &n *idrología, los períodos de retorno #arían típicamente de 1 a 1 a=os, " en lugares donde la Precipitacin Iá!ima Pro@a@le no *a sido deinida, *asta 1 a=os% +a seleccin de período de retorno depende de #arios actores, entre los cuales se inclu"en el tamaDo de la cuenca, la importancia de la estructura, " el grado de seguridad deseado%
2. >"?E , , %,AB< <, A,TA@ ME "ATD &l período de retorno más corto .@a'o en drenaFe urbano es de 5 a 1 a=os% &stos #alores están usualmente asociados con áreas de drena'e menores a 100 *a% Para estas áreas, se puede utili$ar el m8todo racional para o@tener la descarga pico% &n ciertos casos, particularmente para áreas (ue e!ceden las 100 *a, se pueden usar períodos de retorno más largos
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 3. >%A G?H , ?)@ %,AB< <, A,TA@ "AT ,@ in em@argo, como el área es pe(ueDa, la descarga pico es tam@i8n pe(ueDa% Por lo tanto, para áreas pe(ueDas, con tiempo de concentracin medido en minutos, no es usualmente econmico el diseDar para períodos de retorno largos%
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 4. >"?E , , %,AB< <, A,TA@ %)A) 8A) A,;&@), <, "@TA <, &@?@<)"&@,D +as o@ras regionales de control de inundaciones tales como los di(ues laterales cu@ren grandes áreas de drena'e% &n este caso, los períodos de retorno pueden #ariar entre los 50 " 100 aDos % &l tiempo de concentracin es más largo, por e'emplo, unas *oras, " la intensidad de llu#ia es correspondientemente menor esto resulta en una descarga pico pe(ueDa por unidad de área% >in em@argo, la descarga pico total puede ser grande, rele'ando en este caso más el tamaDo del área de drena'e (ue la intensidad de llu#ia%
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 5. >"?E , , %,AB< <, A,TA@ %)A) , <&,C <, 8A) &),D Para el diseDo de o@ras #iales, la seleccin de período de retorno depende de la importancia de la estructura% +os períodos de retorno en o@ras #iales " otras o@ras regionales, inclu"endo alcantarillas, #arían típicamente entre los 25 " 100 aDos% &s inusual usar períodos de retorno ma"ores a 100 aDos en el diseDo *idráulico de o@ras #iales%
6. >"?E , , %,AB< <, A,TA@ %)A) , <&,C <, %?,@T,D &n el caso de puentes so@re ríos, el 8nasis se pone en la importancia de la estructura " el riesgo de alla% Para el diseDo de pilares de puentes, se pueden 'ustiicar períodos de retorno de *asta 500 aDos, dependiendo del caso
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ +. >%A G?H , ??) , %,AB< <, A,TA@ <, 1 )CD &l período de retorno de 100 aDos signiica cuatro generaciones% &s un n-mero no mu" alto " no mu" @a'o% &l #alor de 100 aDos no implica (ue la estructura estará en riesgo de alla cada 100 aDos% &n #e$, signiica (ue la estructura estará en riesgo de alla, por e'emplo, 10 #eces a lo largo de 1000 aDos% &l criterio de la a#enida de 100 aDos se aplica al desarrollo de llanuras alu#iales, o@ras de proteccin de mediana en#ergadura, " o@ras regionales de drena'e ur@ano% Como regla general, cuanto ma"or es el área de drena'e, más largo es el período de retorno% Esualmente, áreas menores de 250 *a no 'ustiican períodos de retorno ma"ores a los 25 aDos% >in em@argo, para áreas ma"ores, *asta las 10,000 *a o más, se pueden 'ustiicar períodos de retorno *asta de 100 aDos o más%
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 9. >"?E@< , ?T&&J)@ %,AB< <, A,TA@ :)T) 1 )CD Para lugares en los cuales no se *an determinado #alores de PIP generali$ado, " donde el riesgo de alla pone en peligro la #ida *umana, se usan períodos de retorno ma"ores a 100 aDos, inclu"endo 200, 500, 1000, 2000, 5000, " 10,000 aDos% +os #alores *asta de 10,000 aDos se usan para ali#iaderos de emergencia e *idrogramas de @orde li@re, en el diseDo de presas
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ &l período de retorno para el (ue se de@e dimensionar una o@ra #aría en uncin de la importancia de la misma .inter8s econmico, socioeconmico, estrat8gico, turístico, de la e!istencia de otras #ías alternati#as capaces de rempla$arla, " de los daDos (ue implicaría su ruptura p8rdida de #idas *umanas, costo " duracin de la reconstruccin, costo del no uncionamiento de la o@ra, etc% &n presas pe(ueDas, para la seleccin del período de retorno, se utili$a el Cuadro 2, " se determina en uncin de la categoría de la presa
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 1. >%?,<,@ %,AB< <, A,TA@ )A&)A ,@ , M&M %A,"TD Por lo tanto, las áreas menores dentro de una cuenca tendrán períodos cortos, por e'emplo, 5 a 10 aDos, mientras (ue áreas ma"ores tendrán períodos más largos, por e'emplo, 25, 50, o 100 aDos% +a ra$n para #ariar los períodos de retorno dentro de un mismo pro"ecto es (ue la pro@a@ilidad de ocurrencia de una cierta intensidad de llu#ia aumenta con una disminucin del área de drena'e% Por lo tanto, es más pro@a@le (ue un área más pe(ueDa sea sometida a una intensidad de llu#ia más alta% &l diseDo de un pro"ecto de drena'e ur@ano .con áreas (ue #arían desde una cuantas *ectáreas *asta cientos de *ectáreas con el mismo #alor de período de retorno puede lle#ar al diseDo insuiciente de las áreas grandes .si se usa un período de retorno corto o al so@rediseDo de las áreas pe(ueDas .si se utili$a un período de retorno largo%
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$ 11. >"LM ),"T)AE , "),@T)M&,@T ;8) ) <&,CD Ba'o condiciones de calentamiento glo@al, se espera (ue los climas cam@ien local " regionalmente% Algunas regiones se secarán " otras se #ol#erán mas *-medas % ;odo el registro de precipitaciones podría estar en riesgo de o@solescencia% En diseDo e!istente o planeado, @asado en el registro disponi@le, se con#ertirá en menos conser#ador @a'o un cam@io de condiciones *-medas a secas .desertiicacin, " en más conser#ador @a'o un cam@io de condiciones secas a *-medas .*umidiicacin%
=.0 PERIODO DE RETORNO =.3.- C$&s*,!'("*$&!s ('( !) ,*s!>$
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=.0 PERIODO DE RETORNO =.9.- V()$'!s ( (s/+*' ('( !) ,*s!>$.
CURSO:
HIDROLOGIA SEMESTRE 2013-I
COEFICIENTE DE ESCORRENTIA
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.1.- D!*&*"*& >e denomina coeiciente de escorrentía al cociente entre el caudal de agua (ue circula por una seccin de una cuenca a consecuencia de un suceso llu#ioso .llu#ia neta, " el #olumen de agua (ue *a precipitado so@re la misma .llu#ia total% &s decir, se trata de la proporcin de llu#ia real (ue produce escorrentía supericial% C ( t ) = C =
Escorrentia _sup erficial
Pr ecipitacion _ caida
Qg QT
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.2.- C$&"!#$ ,! "$!*"*!&#! ,! !s"$''!( &l coeiciente de escorrentía .c representa la raccin de agua del total de llu#ia precipitada (ue realmente genera escorrentía supericial una #e$ se *a saturado el suelo por completo% >u #alor depende de las características concretas del terreno (ue determinan la iniltracin del agua en el suelo% +os dierentes m8todos utili$ados para su cálculo .todos ellos de naturale$a empírica diieren tanto en su ia@ilidad como en su comple'idad lgicamente, a más inormacin utili$ada más comple'idad " ia@ilidad " #ice#ersa, pero, en cual(uier caso, es undamental tener en cuenta la ma"or o menor *omogeneidad de la cuenca%
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.2.- C$&"!#$ ,! "$!*"*!&#! ,! !s"$''!( &l coeiciente de escorrentía crece con la Hntensidad " con la duracin de la precipitacin% Para un período de retorno dado, el aumento de la duracin de la precipitacin implica una disminucin de la Hntensidad Iedia Iá!ima, por lo (ue es @astante complicado el estudio de la inluencia de los actores intensidad " duracin de la precipitacin so@re el #alor del coeiciente de escorrentía% A alta de datos más precisos, se considera constante, durante el tiempo de duracin de la precipitacin, el coeiciente instantáneo de escorrentía, (ue se con#ierte de este modo en coeiciente medio de escorrentía% Rste se o@tendrá mediante el m8todo dela Hnstruccin de Carreteras, " adoptará alguno de los #alores típicos% A ma"or pendiente, ma"or coeiciente de escorrentía%
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.2.- C$&"!#$ ,! "$!*"*!&#! ,! !s"$''!( Por e'emplo &n una $ona de meseta de relie#e " suelo uniorme con un uso mi!to orestal " de pasto, se desea determianr el coeiciente de escorrentía característico% +a cuenca tiene una e!tensin de 200 *a, de las cuales 150 *a de @os(ue .c1 " 50 de pastos .c2% Calcular el #alor ponderado de c% >olucin% C =
c1 *150 + c2 *50
200
:onde c1 = c2 =
Coeiciente escorrentía $ona de @os(ue Coeiciente escorrentía $ona de pastos
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ +a determinacin del coeiciente de escorrentía se reali$a con a"uda de ta@las o ecuaciones empíricas, siendo las más utili$adas a% Eso de ta@las FaSs, Iolc*ano# Pre#ert • • •
@% Eso de ecuaciones, &cuacin de Jadal rmula de eler% • •
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.1.- M6#$,$ ,! R(@s
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.2.- M6#$,$ ,! M$)"8(&$
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.3.- M6#$,$ ,! P'!!'#
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.9.- L*'$ C8$@
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.5.- T()( ,*!'!&#!s (/#$'!s
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ (.- Us$ ,! T()(s (.5.- T()(s ,*!'!&#!s (/#$'!s
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .1.- F$'+/)( ,! N(,() C
=
0.25* K1 * K 2 * K 3
:onde 1 = 2 = 3 =
actor de e!tensin de la cuenca actor de la llu#ia media anual actor de la pendiente " de la permea@ilidad del suelo
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .1.- F$'+/)( ,! N(,()
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( ,! !)!' C
:onde a=
@=
P=
=
a−
b P
>iempre (ue P T 500 mm
Coeiciente (ue oscila entre 0%77 aconse'ándose el #alor de 1 para torrenciales% Coeiciente (ue oscila entre 350 tomándose el mínimo para torrenciales Precipitacin media anual .mm
" 1%00, cuencas " 4)0, cuencas
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( ,! D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>( El coe%iciente C de escorrentía de%ine la proporción de la componente super%icial de la precipitación de intensidad B, ( depende de la ra"ón entre la precipitación diaria $d correspondiente al período de retorno +0ne&o : Climatología ( el umbral de escorrentía $o, a partir del cual se inicia 5sta.
C
=
Escorrentía
=
Pr ecipitación
Pd ( t ) Po
f
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( ,! D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>( Se tiene las siguientes condicionantes: Si
Pd Po
< 1 → C =
0
Pd Pd Po − 1 Po + 23 Pd Si ≥ 1 → C = 2 Po Pd Po + 11 :onde Po =
Em@ral de escorrentía cuadro A%6%) multiplicado
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>( :onde Po =
Em@ral de escorrentía cuadro A%6%) multiplicado los #alores en el contenidos por el coeiciente corrector dado por la igura A%6%3%
&ste coeiciente rele'a la #ariacin regional de la *umedad *a@itual en el suelo al comien$o de aguaceros signiicati#os, e inclu"e una ma"oracin .del orden del 100 por 100 para e#itar so@re#aloraciones del caudal de reerencia a causa de ciertas simpliicaciones del tratamiento estadístico del m8todo *idrometeorolgico el cual *a sido contrastado en distintos am@ientes de la geograía espaDola% Para el uso del Cuadro A%6%)% los suelos se clasiicarán en los grupos del Cuadro A%6%6%, en cu"a deinicin inter#iene la te!tura deinida por la igura A%6%4%
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>(
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?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>(
?.0 COEFICIENTE DE ESCORRENTIA ?.3.- M6#$,$s ,! "7)"/)$ .- M6#$,$ !+4'*"$s .2.- F$'+/)( D*'!""*& G!&!'() ,! "(''!#!'(s ,! Es(>(
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