CAUDAL MÁXIMO UTILIZANDO MÉTODOS EMPIRICOS
INTRODUCCION Los funda undam ment entos teóric óricos os de las las metod etodol olog ogía íass uti utiliza lizada dass para la determinación determinación de caudales máximos en este estudio las cuales son algunas de las utilizadas en !er"# fueron o$tenidos de %ariada $i$liografía detallada en el apartado $i$liográ&co de este documento'
La estimación de caudales máximos asociados a determinados periodos de retorno de dise(o es fundamental en muc)as aplicaciones de la Ingeniería *idráulica' +n la determinación determinación de %alores extremos extremos normalmente se estará en algunos de los siguientes escenarios, • •
Caso de un rio con registros registros de -max Caso de un rio sin registros de -max
+n esta esta ocas ocasió ión n nues nuestr tro o grup grupo o se enfo enfoca cara ra en el segu segund ndo o caso caso al no contarse con estaciones de aforo .ue proporciones registros de descargas máximas se tendrá .ue acudir a m/todos alternati%os $asados la ma0oría de ellos en datos de precipitación máxima en 12 )oras 0 en características físicas de la cuenca para así inferir los caudales máximos asociados a un cierto periodo de retorno .ue podrían presentarse en la zona de inter/s de un pro0ecto en estudio' +l presente informe pretende efectuar un $re%e repaso de los m/todos mas usuales disponi$les para la estimación de -max tales como, • • •
3/todo racional 3/todo de 3ac 3at) 4órmula de 5ur6li 7 8ieger
O59+TI:O; O$
Calcular el caudal máximo de una cuenca puente etc'
O$
Calcular la intensidad de la llu%ia de dise(o di se(o +%aluar los caudales para distintos tiempos de retorno'
Determinación de los coe&cientes de escorrentía'
3=RCO T+ORICO a> 3/todo Racional +l 3/todo Racional es uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada llu%ia de dise(o' ;e utiliza normalmente en el dise(o de o$ras de drena
C.I.A 360
Donde, -, Caudal máximo @mABs C, Coe&ciente de escorrentía en este Tutorial encontrarás algunos %alores para cuencas Rurales 0 Ur$anas' I, Intensidad de la Llu%ia de Dise(o con duración igual al tiempo de concentración de la cuenca 0 con frecuencia igual al período de retorno seleccionado para el dise(o Cur%as de I7D74> @mmB) =, Erea de la cuenca' @*a +ntre las limitaciones destacadas por algunos autores acerca del 3/todo Racional se pueden referir,
!roporciona solamente un caudal pico no el )idrograma de creciente para el dise(o' ;upone .ue la llu%ia es uniforme en el tiempo intensidad constante> lo cual es sólo cierto cuando la duración de la llu%ia es mu0 corta' +l 3/todo Racional tam$i/n supone .ue la llu%ia es uniforme en toda el área de la cuenca en estudio lo cual es parcialmente %álido si la extensión de /sta es mu0 pe.ue(a' =sume .ue la escorrentía es directamente proporcional a la precipitación si duplica la precipitación la escorrentía se duplica tam$i/n>' +n la realidad esto no es cierto pues la escorrentía depende tam$i/n de muc)os otros factores tales como precipitaciones antecedentes condiciones de )umedad antecedente del suelo etc'
Ignora los efectos de almacenamiento o retención temporal del agua escurrida en la super&cie cauces conductos 0 otros elementos naturales 0 arti&ciales>' =sume .ue el período de retorno de la precipitación 0 el de la escorrentía son los mismos lo .ue sería cierto en áreas impermea$les en donde las condiciones de )umedad antecedente del suelo no inFu0en de forma signi&cati%a en la +scorrentía ;uper&cial' !ese a estas limitaciones el 3/todo Racional se usa prácticamente en todos los pro0ectos de drena
$> 3/todo de 3ac 3at) Cu0a fórmula es,
-H G'GGJ x CI=2BK x ; JBK
-Hcaudal máximo en un periodo de retorno de T a(os en mABseg CHfactor de escorrentía de 3ac 3at) representa las características de la cuenca IHintensidad máxima de la llu%ia para una duración igual al tiempo de concentración Tc 0 un periodo de retorno de T a(os mmB) =Hárea de la cuenca en *as ;Hpendiente media del cauce principal en GBGG CH CJC1CA donde, CJH+n función de la co$ertura %egetal C1Hen función de la textura del suelo CAHen función de la topografía del terreno Vegetación
Suelo
Topografía
Cobertura (%)
C1
Textura
C2
Pendiente (%)
C3
100
0.08
Arenoso
0.08
0.0-0.2
0.04
80-100
0.12
ligera
0.12
0.2-0.5
0.0
50-80
0.1
!edia
0.1
0.5-2.0
0.08
20-50
0.22
"ina
0.22
2.0-.0
0.10
0-20
0.3
ro#oso
0.3
5.0-10.0
0.15
c> 4ormula de 5ur6li78ieger +sta fórmula )ace inter%enir el coe&ciente de escorrentía 0 la pendiente media de la cuenca además del área de la misma 0 la intensidad de precipitación
-p H A' M = M ! J M C M 9B=>G'1K Donde, -p caudal máximo en litrosBs' = super&cie de la cuenca en )ectáreas' C coe&ciente de escorrentía 9 pendiente media de la cuenca en !J precipitación máxima en J )ora en mm
+ ;e desea determinar empleando la fórmula Racional el caudal máximo en una cuenca con los usos de tierra presentados 0 para un período de retorno de 1K a(os' +l análisis morfom/trico de la cuenca arro
+l estudio de frecuencias para las intensidades máximas arro<ó la siguiente expresión para las cur%as de Intensidad7Duración7 4recuencia en la región,
Con,
I @mmB)r Tr @a(os D @min'
Determinación del coeciente de E!corrent"a Ponderado
Dada la presencia de diferentes usos de tierra en la cuenca es necesario esta$lecer el Coe&ciente de +scorrentía !onderado en función de las áreas' Los %alores de los Coe&cientes !arciales lo %emos en las ta$las u$icadas en los anexos en el cual el %alor del Coe&ciente de +scorrentía !onderado resultó en G2' Donde,
Ci, Coe&ciente !arcial =i, Erea !arcial Determinación
de
la
D#ración de la Ll#$ia%
!ara la o$tención de la Intensidad de Dise(o es necesario conocer la duración de la llu%ia asociada' !ara ello el 3/todo Racional supone .ue la duración de la llu%ia será igual al Tiempo de Concentración de la Cuenca en +studio el cual es el tiempo .ue se tarda una gota de agua en recorrer el tra0ecto desde el punto más ale' !ara la determinación del Tiempo de Concentración existen diferentes expresiones entre las .ue destacada la +cuación de Pirpic),
!ara la cual contamos con la longitud del cauce restando esta$lecer su pendiente,
Con este %alor tendremos,
;erá este %alor 0 el período de retorno especi&cado de 1K a(os con el cual podremos esta$lecer el %alor de la intensidad de dise(o con la ecuación suministrada,
De a.uí aplicando la 4órmula del 3/todo Racional se tendrá .ue el caudal máximo en la cuenca será de,
!or lo tanto el caudal máximo es de 1K'K mABs' 1> ;e desea determinar empleando el m/todo de 3ac 3at) el caudal máximo tomando en cuenta los datos o$tenidos de una cuenca, Erea totalH J'K x JG K *a =JH G'2A x JG K *a =1H G'AK x JGK *a =AH G'1Q x JGK *a =2H G'K x JGK *a =KH G'2G x JG K *a CJH G'Q1 CKH G'K
C1H G'2 9
C promedio =∑
CAH G'K
C2H G'K
Ai ∗C i
i =1
Atotal
C promedio = 0.68 •
Cal#ulo de la intensidad de llu$ia !ediante las #ur$as id" C&'A *+ ,a!,as T*A* /A/A (//&) P&* * *&AC(!in) T/P * &T&(aos)
10
30
0
120
240
2
5312
2681
1835
121
677
5
6421
3884
253
171
111
10
881
415
3045
2007
1325
25
1058
5538
354
2411
157
50
11888
223
410
2607
1686
Para un ,eriodo de retorno de 50 aos 9a intensidad es: ; 14.25 !!
•
; 0.03 ;3% obtenida de la longitud = altura del tie!,o de #on#entra#i>n.
Por lo tanto introdu#iendo los datos en la e#ua#i>n de /a# /at<:
?; 0.0071 C A45 15 ?; 0.0071 (0.8) (14.25) (1.7510 5)45 (3)15 ?;1864.21
+l caudal maximo es de
1864.21
3
m /s
3
m /s
,ara un ,eriodo de retorno de 50 aos.
=N+SO;
CONCLU;ION+;
+l caudal máximo )allado el m/todo racional posee des%enta
5I5LIOR=4I=
S:III CONIC 1GJJ C=9=3=RC= +stimación de caudales máximos en cuencas sin información 3anuel +' arcía Naran
+NL=C+; D+ INT+RN+T )ttp,BBingenieriaci%il'tutorialesaldia'comBdeterminacion7de7caudales7 maximos7con7el7metodo7racionalB )ttp,BBingenieriaci%il'tutorialesaldia'comBtodo7lo7.ue7necesitas7sa$er7 so$re7el7coe&ciente7de7escorrentiaB )ttp,BBingenieriaci%il'tutorialesaldia'comBVp7 contentBuploadsB1GJJBGBTa$la7Coe&cientes7De7+scorrentia78onas7 Ur$anas'pdf )ttp,BBingenieriaci%il'tutorialesaldia'comBVp7 contentBuploadsB1GJJBGBTa$la7Coe&cientes7De7+scorrentia78onas7 Rurales'pdf )ttp,BBes'slides)are'netBmgarcianaran
