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DISEÑO DE OBRAS
    HIDRAULICAS
1   UNIDAD 1: HIDROLOGIA
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
¿QUE ES EL CICLO HIDROLOGICO?
   EL CICLO HIDROLÓGICO O CICLO DEL AGUA ES
 EL PROCESO DE CIRCULACIÓN DEL AGUA ENTRE
 LOS   DISTINTOS       COMPARTIMENTOS          DE    LA
 HIDRÓSFERA.     SE     TRATA       DE    UN    CICLO
 BIOGEOQUÍMICO        EN    EL     QUE    HAY       UNA
 INTERVENCIÓN         MÍNIMA       DE     REACCIONES
 QUÍMICAS, Y EL AGUA SOLAMENTE SE TRASLADA
 DE UNOS LUGARES A OTROS O CAMBIA DE ESTADO
                                                      2
 FÍSICO.
               ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
CICLO DEL AGUA
   EL AGUA EXISTE EN LA TIERRA EN TRES ESTADOS:
SÓLIDO (HIELO, NIEVE), LÍQUIDO Y GAS (VAPOR DE
AGUA). OCÉANOS, RÍOS, NUBES Y LLUVIA ESTÁN EN
CONSTANTE CAMBIO: EL AGUA DE LA SUPERFICIE SE
EVAPORA, EL AGUA DE LAS NUBES PRECIPITA, LA
LLUVIA SE FILTRA POR LA TIERRA, ETC. SIN EMBARGO,
LA CANTIDAD TOTAL DE AGUA EN EL PLANETA NO
CAMBIA. LA CIRCULACIÓN Y CONSERVACIÓN DE AGUA
EN LA TIERRA SE LLAMA CICLO HIDROLÓGICO, O CICLO3
DEL AGUA.
             ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO

CICLO DEL AGUA

       EL CICLO HIDROLÓGICO COMIENZA CON LA
EVAPORACIÓN DEL AGUA DESDE LA SUPERFICIE DEL
OCÉANO.   A   MEDIDA    QUE    SE   ELEVA,   EL   AIRE
HUMEDECIDO SE ENFRÍA Y EL VAPOR SE TRANSFORMA
EN AGUA: ES LA CONDENSACIÓN. LAS GOTAS SE JUNTAN
               CONDENSACIÓN
Y FORMAN UNA NUBE. LUEGO, CAEN POR SU PROPIO
PESO: ES LA PRECIPITACIÓN. SI EN LA ATMÓSFERA HACE
            PRECIPITACIÓN
MUCHO FRÍO, EL AGUA CAE COMO NIEVE O GRANIZO. SI
                                                     4
ES MÁS CÁLIDA, CAERÁN GOTAS DE LLUVIA.
              ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
CICLO DEL AGUA
 UNA PARTE DEL AGUA QUE LLEGA A LA SUPERFICIE TERRESTRE
SERÁ APROVECHADA POR LOS SERES VIVOS; OTRA ESCURRIRÁ POR
EL TERRENO HASTA LLEGAR A UN RÍO, UN LAGO O EL OCÉANO. A
ESTE FENÓMENO SE LE CONOCE COMO ESCORRENTÍA. OTRO
PORCENTAJE DEL AGUA SE FILTRARÁ A TRAVÉS DEL SUELO,
FORMANDO CAPAS DE AGUA SUBTERRÁNEA, CONOCIDAS COMO
ACUÍFEROS. ESTE PROCESO ES LA PERCOLACIÓN. TARDE O
TEMPRANO, TODA ESTA AGUA VOLVERÁ NUEVAMENTE A LA
ATMÓSFERA, DEBIDO PRINCIPALMENTE A LA EVAPORACIÓN.

                                                       5


               ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO




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          ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
    HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
    FASES DEL CICLO DEL AGUA
    LOS PRINCIPALES PROCESOS IMPLICADOS EN EL CICLO DEL AGUA SON:

P   EVAPORACIÓN. EL AGUA SE EVAPORA EN LA SUPERFICIE OCEÁNICA, SOBRE
    EVAPORACIÓN
    LA SUPERFICIE TERRESTRE Y TAMBIÉN POR LOS ORGANISMOS, EN EL
    FENÓMENO DE LA TRANSPIRACIÓN EN PLANTAS Y SUDORACIÓN EN
    ANIMALES.   LOS   SERES   VIVOS,   ESPECIALMENTE     LAS   PLANTAS,
    CONTRIBUYEN CON UN 10% AL AGUA QUE SE INCORPORA A LA ATMÓSFERA.
    EN   EL   MISMO   CAPÍTULO   PODEMOS   SITUAR   LA    SUBLIMACIÓN,
    CUANTITATIVAMENTE MUY POCO IMPORTANTE, QUE OCURRE EN LA
    SUPERFICIE HELADA DE LOS GLACIARES O LA BANQUISA.

A    CONDENSACIÓN. EL AGUA EN FORMA DE VAPOR SUBE Y SE CONDENSA
     CONDENSACIÓN
    FORMANDO LAS NUBES, CONSTITUIDAS POR AGUA EN PEQUEÑAS GOTAS.

                                                                      7


                      ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
  FASES DEL CICLO DEL AGUA
D PRECIPITACIÓN. SE PRODUCE CUANDO LAS GOTAS
  PRECIPITACIÓN
 DE AGUA QUE FORMAN LAS NUBES SE ENFRÍAN
 ACELERÁNDOSE LA CONDENSACIÓN Y UNIÉNDOSE
 LAS GOTITAS DE AGUA PARA FORMAR GOTAS
 MAYORES QUE TERMINAN POR PRECIPITARSE A LA
 SUPERFICIE TERRESTRE EN RAZÓN A SU MAYOR
 PESO.   LA   PRECIPITACIÓN     PUEDE     SER   SÓLIDA
 (NIEVE O GRANIZO) O LÍQUIDA (LLUVIA).               8


               ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
 FASES DEL CICLO DEL AGUA
D INFILTRACIÓN OCURRE CUANDO EL AGUA QUE ALCANZA EL SUELO,
 PENETRA A TRAVÉS DE SUS POROS Y PASA A SER SUBTERRÁNEA. LA
 PROPORCIÓN DE AGUA QUE SE INFILTRA Y LA QUE CIRCULA EN SUPERFICIE
 (ESCORRENTÍA) DEPENDE DE LA PERMEABILIDAD DEL SUSTRATO, DE LA
 PENDIENTE Y DE LA COBERTURA VEGETAL. PARTE DEL AGUA INFILTRADA
 VUELVE A LA ATMÓSFERA POR EVAPORACIÓN O, MÁS AÚN, POR LA
 TRANSPIRACIÓN DE LAS PLANTAS, QUE LA EXTRAEN CON RAÍCES MÁS O
 MENOS EXTENSAS Y PROFUNDAS. OTRA PARTE SE INCORPORA A LOS
 ACUÍFEROS, NIVELES QUE CONTIENEN AGUA ESTANCADA O CIRCULANTE.
 PARTE DEL AGUA SUBTERRÁNEA ALCANZA LA SUPERFICIE ALLÍ DONDE LOS
 ACUÍFEROS, POR LAS CIRCUNSTANCIAS TOPOGRÁFICAS, INTERSECAN (ES
 DECIR, CORTAN) LA SUPERFICIE DEL TERRENO.
                                                                 9


                   ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO

  FASES DEL CICLO DEL AGUA
D ESCORRENTÍA: ESTE TÉRMINO SE REFIERE A LOS
 DIVERSOS MEDIOS POR LOS QUE EL AGUA LÍQUIDA
 SE DESLIZA CUESTA ABAJO POR LA SUPERFICIE
 DEL     TERRENO.       EN     LOS      CLIMAS   NO
 EXCEPCIONALMENTE         SECOS,     INCLUIDOS   LA
 MAYORÍA DE LOS LLAMADOS DESÉRTICOS, LA
 ESCORRENTÍA       ES    EL    PRINCIPAL     AGENTE
 GEOLÓGICO DE EROSIÓN Y DE TRANSPORTE DE
                                       10


 SEDIMENTOS. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
 FASES DEL CICLO DEL AGUA
D CIRCULACIÓN SUBTERRÁNEA: SE PRODUCE A FAVOR DE LA
 GRAVEDAD, COMO LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL, DE LA
 QUE SE PUEDE CONSIDERAR UNA VERSIÓN. SE PRESENTA
 EN DOS MODALIDADES:
   PRIMERO, LA QUE SE DA EN LA ZONA VADOSA, ESPECIALMENTE EN
    ROCAS KARSTIFICADAS, COMO SON A MENUDO LAS CALIZAS, Y ES
    UNA CIRCULACIÓN SIEMPRE PENDIENTE ABAJO.
   SEGUNDO, LA QUE OCURRE EN LOS ACUÍFEROS EN FORMA DE AGUA
    INTERSTICIAL QUE LLENA LOS POROS DE UNA ROCA PERMEABLE,
    DE LA CUAL PUEDE INCLUSO REMONTAR POR FENÓMENOS EN LOS
    QUE INTERVIENEN LA PRESIÓN Y LA CAPILARIDAD.
                                                            11


                  ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
 FASES DEL CICLO DEL AGUA
D FUSIÓN:   ESTE    CAMBIO       DE     ESTADO   SE
  PRODUCE CUANDO LA NIEVE PASA A ESTADO
  LÍQUIDO AL PRODUCIRSE EL DESHIELO.




                                                  12


             ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
    FASES DEL CICLO DEL AGUA
D    SOLIDIFICACIÓN: AL DISMINUIR LA TEMPERATURA EN EL INTERIOR DE
     UNA NUBE POR DEBAJO DE 0° C, EL VAPOR DE AGUA O EL AGUA MISMA SE
     CONGELAN, PRECIPITÁNDOSE EN FORMA DE NIEVE O GRANIZO, SIENDO
     LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LOS DOS CONCEPTOS QUE EN EL CASO
     DE LA NIEVE SE TRATA DE UNA SOLIDIFICACIÓN DEL AGUA DE LA NUBE
     QUE SE PRESENTA POR LO GENERAL A BAJA ALTURA: AL IRSE
     CONGELANDO LA HUMEDAD Y LAS PEQUEÑAS GOTAS DE AGUA DE LA
     NUBE,   SE   FORMAN   COPOS   DE   NIEVE,   CRISTALES   DE   HIELO
     POLIMÓRFICOS (ES DECIR, QUE ADOPTAN NUMEROSAS FORMAS VISIBLES
     AL MICROSCOPIO), MIENTRAS QUE EN EL CASO DEL GRANIZO, ES EL
     ASCENSO RÁPIDO DE LAS GOTAS DE AGUA QUE FORMAN UNA NUBE LO
     QUE DA ORIGEN A LA FORMACIÓN DE HIELO, EL CUAL VA FORMANDO EL
                                                                      13
     GRANIZO Y AUMENTANDO DE TAMAÑO CON ESE ASCENSO

                     ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO
    FASES DEL CICLO DEL AGUA
D   SOLIDIFICACIÓN: CUANDO SOBRE LA SUPERFICIE DEL
    MAR SE PRODUCE UNA MANGA DE AGUA (ESPECIE DE
    TORNADO QUE SE PRODUCE SOBRE LA SUPERFICIE
    DEL MAR CUANDO ESTÁ MUY CALDEADA POR EL SOL)
    ESTE HIELO SE ORIGINA EN EL ASCENSO DE AGUA POR
    ADHERENCIA    DEL    VAPOR    Y    AGUA   AL   NÚCLEO
    CONGELADO DE LAS GRANDES GOTAS DE AGUA EL
    PROCESO    SE       REPITE    DESDE       EL   INICIO,
    CONSECUTIVAMENTE       POR    LO    QUE   NUNCA    SE
                                                         14
    TERMINA, NI SE AGOTA EL AGUA.
                 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO




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          ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
SE DENOMINA CAUDAL EN HIDROLOGÍA Y, EN GENERAL, EN
GEOGRAFÍA FÍSICA, AL VOLUMEN DE AGUA QUE CIRCULA
POR EL CAUCE DE UN RIO EN UN LUGAR Y TIEMPO
DETERMINADOS. SE REFIERE FUNDAMENTALMENTE AL
VOLUMEN HIDRÁULICO DE LA ESCORRENTÍA DE UNA
CUENCA   HIDROGRÁFICA,
         HIDROGRÁFICA     CONCENTRADA         EN   EL   RÍO
PRINCIPAL DE LA MISMA. SUELE MEDIRSE EN M³/SE, LO
CUAL GENERA UN VALOR ANUAL MEDIDO EN M³ O EN HM³
(HECTÓMETROS CÚBICOS: UN HM³ EQUIVALE A UN MILLÓN
DE M³) QUE PUEDE EMPLEARSE PARA PLANIFICAR LOS
                                                         16
RECURSOS   HIDROLÓGICOS    Y   SU   USO   A   TRAVÉS    DE
EMBALSES Y OBRAS DE CANALIZACIÓN
             ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
En Dinámica de los Fluidos, caudal es la cantidad de
fluido que pasa en una unidad de tiempo.
Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o
volumen que pasa por un área dada en la unidad de
tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el
flujo másico o masa que pasa por un área dada en la
unidad de tiempo.
    El caudal de un rio puede calcularse a través de la
siguiente fórmula: Q= Av donde
Q Caudal ([L3T−1]; m3/s)
A Es el área ([L2]; m2)
                                                      17
Es la velocidad lineal promedio. ([LT ]; m/s)
                                     −1

                ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
 HIDROLOGIA-CAUDAL
La medición práctica del caudal líquido para asi
pode diseñar las diversas Obras Hidraulicas, tiene
                                   Hidraulicas
una importancia muy grande, ya que de estas
mediciones depende muchas veces el buen
funcionamiento del sistema hidráulico como un
todo, y en muchos casos es fundamental para
garantizar la seguridad de la estructura. Existen
diversos procedimientos para la determinación del
caudal instantáneo, entre las que se presentan el
basado en la geometría de la sección y la velocidad
media del flujo, en la velocidad media de un flujo y
aquellos basado en la dilución de trazadores.      18


               ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
Caudal instantáneo: como su nombre lo
dice, es el caudal que se determina en un
instante determinado. Su determinación
se hace en forma indirecta, determinado
el nivel del agua en el río (N0), e
interpolando el caudal en la curva
calibrada de la sección determinada
precedentemente. Se expresa en m3/s.
Donde : Q0 = F0 (N0)
                                        19


            ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
 Sección de aforo: de un rio, o canal es
                              rio
un local, ya sea natural o preparado para
tal efecto, en el cual se ha determinado la
curva cota - caudal. De esa forma, cuando
se requiere, midiendo el nivel, con una
regla graduada implantada en el lugar,
por interpolación en la curva, se podrá
determinar el caudal líquido en la sección.
                                          20


            ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
      Sección de aforo: se encuentra
 equipada con limnígrafo y dispositivo para
 efectuar mediciones directas de caudal.




                                              21


            ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
 Caudal medio mensual: El
caudal medio mensual es la
media de los caudales medios
diarios del mes en examen (M =
número de días del mes, 28; 30; o,
31, según corresponda) y se
expresa en m3/s.
                                     22


          ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-CAUDAL
Caudal medio anual: El caudal
 medio anual es la media de los
 caudales medios mensuales y se
 expresa en m3/s.




                                    23


         ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
 Limnigrafo: Se trata de un instrumento de
 precisión adecuado para registrar, en función
 del tiempo, las fluctuaciones del nivel de la
 superficie de: lagos, cursos de agua, depósitos,
 niveles freáticas, etc. Las características de
 diseño lo hacen especialmente aplicable en
 aquellas zonas donde no se cuenta con la
 posibilidad   de   atención       frecuente   y   las
 condiciones atmosféricas pueden ser severas.       24

                    ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO




                                   25

              ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
 Obtencion de Precipitaciones y Periodo de
Retorno: La estimación de la lluvia con un
determinado periodo de retorno se realiza a partir de
los valores de lluvia diarias, entre otras cosas porque
el número de estaciones que realizan medidas diarias
tienen mayor densidad. La designación de los periodos
de retorno a las lluvias se hace mediante cálculos
estadísticos, y el modelo que utilicemos y la forma de
estimar sus parámetros serán determinantes a la hora
de obtener los resultados.


                                                     26

                      ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
   Obtencion de Precipitaciones y
Periodo de Retorno: Los cálculos se
pueden realizar con los datos de
precipitaciones,   caudales    máximos
anuales instantáneos obtenidos de una
estación meteorológica, a los cuales ha
sido necesario aplicar una serie de
métodos estadísticos para el cálculo de
los caudales de avenida. En nuestro caso
hemos aplicado el método de Gumbel.    27

                ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
  Metodo de Gumbel: La distribución Gumbel se
    utiliza para el cálculo de valores extremos de
    variables meteorológicas (entre ellas precipitaciones
    y caudales máximos) y es uno de los métodos más
    empleados para el estudio de las precipitaciones
    máximas en 24 horas. El "valor máximo" que se
    quiere determinar para un determinado período de
    retorno se determina por medio de la expresión:    Xt
    = ms + Kt*S.
    Donde:   
•   Xt = Valor máximo (caudal o precipitación) para un
    periodo de retorno.
•   ms = Media de la muestra.
•   Kt = Factor de frecuencia.                          28

•   S = Desviación típica ING. WILLIAM LOPEZ
                           de la muestra.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
    Metodo de Gumbel: El valor de la
 variable Kt se estima a partir del conocimiento
 del período de retorno en años y del número de
 años disponibles en la serie. K = (Yt –my)/Sy.
•   Yt : variable de Gumbel para el período de
    retorno T, se determina a partir del valor del
    período de retorno. Yt = -ln ln ( ).
    Ver Ejemplo Modelo

                                                29

                      ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
          Crecida del Rio                Crecida del Rio
   Año                        Año
          Arauca (metros)               Arauca (metros)
   1934        1,55           1959            3,18
   1935        1,95           1960            2,14
   1936        1,95           1961            2,05
   1937        1,58           1962             2,2
   1938        2,07           1963            2,63
   1939        2,07           1964            1,54
   1940        3,02           1965            2,05
   1941          2            1966             2,7
   1942          2            1967              2
   1943        1,78           1968            1,98
   1944        1,99           1969             1,9
   1945        1,84           1971            2,07
   1946        2,05           1972            2,41
   1947          2            1973            2,48
   1948          2            1974            2,11
   1949        1,71           1975            2,22
   1950        2,02           1976              2
   1951        2,17           1977            2,14
   1952        1,93           1978            2,11
   1953        1,82           1979            2,11
   1954        2,02           1979            1,95
   1955        1,85           1980            2,11
   1956        1,85           1981            2,14
   1957        2,07           1982            2,18         30
   1958        2,57           1983            3,45

                       ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
                                      Periodo de                 Variable Reducida
         Crecida del Rio
   N°                        Año    Retorno (i/n+1)=
        Arauca (metros) xi
                                          (pi)         a=(1/1-pi)      yi=-ln(lna)   ln xi
    1          3,45          1983        0,020           1,020            3,922      1,238
    2          2,18          1982        0,039           1,041            3,219      0,779
    3          2,14          1981        0,059           1,063            2,803      0,761
    4          2,11          1980        0,078           1,085            2,505      0,747
    5          2,11          1979        0,098           1,109            2,271      0,747
    6          1,95          1979        0,118           1,133            2,078      0,668
    7          2,11          1978        0,137           1,159            1,913      0,747
    8          2,14          1977        0,157           1,186            1,768      0,761
    9            2           1976        0,176           1,214            1,639      0,693
   10          2,22          1975        0,196           1,244            1,522      0,798
   11          2,11          1974        0,216           1,275            1,415      0,747
   12          2,48          1973        0,235           1,308            1,316      0,908
   13          2,41          1972        0,255           1,342            1,223      0,880
   14          2,07          1971        0,275           1,378            1,137      0,728
   15           1,9          1969        0,294           1,417            1,055      0,642
   16          1,98          1968        0,314           1,457            0,977      0,683
   17            2           1967        0,333           1,500            0,903      0,693
   18           2,7          1966        0,353           1,545            0,832      0,993
   19          2,05          1965        0,373           1,594            0,763      0,718
   20          1,54          1964        0,392           1,645            0,697      0,432
   21          2,63          1963        0,412           1,700            0,634      0,967
   22           2,2          1962        0,431           1,759            0,572      0,788
   23          2,05          1961        0,451           1,821            0,511      0,718
   24          2,14          1960        0,471           1,889            0,453      0,761   31
   25          3,18          1959        0,490           1,962            0,395      1,157
                                    ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
                                       Periodo de                 Variable Reducida
         Crecida del Rio
   N°                        Año     Retorno (i/n+1)=
        Arauca (metros) xi
                                           (pi)         a=(1/1-pi)      yi=-ln(lna)   ln xi
   26          2,57          1958         0,510          2,040            0,338       0,944
   27          2,07          1957         0,529          2,125            0,283       0,728
   28          1,85          1956         0,549          2,217            0,228       0,615
   29          1,85          1955         0,569          2,318            0,173       0,615
   30          2,02          1954         0,588          2,429            0,120       0,703
   31          1,82          1953         0,608          2,550            0,066       0,599
   32          1,93          1952         0,627          2,684            0,013       0,658
   33          2,17          1951         0,647          2,833            -0,041      0,775
   34          2,02          1950         0,667          3,000            -0,094      0,703
   35          1,71          1949         0,686          3,188            -0,148      0,536
   36           2            1948         0,706          3,400            -0,202      0,693
   37           2            1947         0,725          3,643            -0,257      0,693
   38          2,05          1946         0,745          3,923            -0,313      0,718
   39          1,84          1945         0,765          4,250            -0,369      0,610
   40          1,99          1944         0,784          4,636            -0,428      0,688
   41          1,78          1943         0,804          5,100            -0,488      0,577
   42           2            1942         0,824          5,667            -0,551      0,693
   43           2            1941         0,843          6,375            -0,616      0,693
   44          3,02          1940         0,863          7,286            -0,686      1,105
   45          2,07          1939         0,882          8,500            -0,761      0,728
   46          2,07          1938         0,902          10,200           -0,843      0,728
   47          1,58          1937         0,922          12,750           -0,934      0,457
   48          1,95          1936         0,941          17,000           -1,041      0,668
   49          1,95          1935         0,961          25,500           -1,175      0,668   32
   50          1,55          1934         0,980          51,000           -1,369      0,438
                                    ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
   Metodo Racional : Es utilizado en Hidrología para
 determinar el Caudal Instantáneo Máximo de descarga de una
 Cuenca Hidrográfica. La fórmula básica del método racional es:
  Qp = C.ic.Ad
 Donde:
  Qp = Caudal máximo expresado en m3/s
  C = Coeficiente de escurrimiento (o coeficiente de escorrentía)
  ic = Intensidad de la precipitación concentrada en m/s en un
 período igual al tiempo de concentración tc
   Ad = Área de la cuenca hidrográfica en m2.
  ic = i.tc/ ti
 Donde:
   i = Intensidad de precipitación en m/s
   tc = Tiempo de concentración en segundos
         ti = Tiempo durante el que se midió la Intensidad de     33
 precipitación en segundos.
                           ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
 Yetogramas: de diseño se construyen a partir de los datos
  anteriores. Para esto se construyen las curvas de intensidad
  duración frecuencia (IDF) asociadas a los periodos de retorno
  antes considerados. Estas curvas IDF nos dan una idea de la
  intensidad media máxima para un periodo de retorno
  determinado que se puede esperar de una duración de lluvia.
   Para calcular estas IDF se aplicó en método de Témez (1978):
(It / Id )= ( Il /Id )(28^0.1- t^0.1) / (28^0.1-1), donde
        - It es la intensidad media máxima en mm / h
        - Id es la intensidad media diaria de precipitación mm / h
        - Pd es la precipitación diaria en mm
- Il es la intensidad horaria de precipitación mm/ h
- T es la duración en horas del intervalo al que se refiere la
   intensidad                                                34
- Il / Id es un parámetro que depende de la zona de estudio
  Así se obtienen las curvas IDF sin tener datos de precipitación
                           ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO
     Hidrogramas: Con estos datos de precipitación
    efectiva se calcula el hidrograma unitario, que
    expresa la circulación del agua por la cuenca. Hemos
    utilizado varios métodos para el cálculo de este
    hidrograma:
•   Hidrograma adimensional del SCS,
•   Hidrograma triangular de Témez,
•   Hidrograma triangular del SCS ( USBR ).
      Hay que realizar al menos dos métodos para poder
    contrastar los resultados. Además calcularemos el
    caudal punta mediante el método racional para poder
    compararlo con los obtenidos en los métodos        35

    anteriores.           ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

 Hidrograma:         es un gráfico que muestra la
 variación en el tiempo de alguna información
 hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de
 sedimentos, etc. para un rio, o canal, si bien
 sedimentos               rio    canal
 típicamente representa el caudal frente al tiempo;
 esto es equivalente a decir que es el gráfico de la
 descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo.
 Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e
 hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en
                                                   36


 perennes y en ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
               intermitentes.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO

 Hidrograma:      Los     hidrogramas        son
 útiles, entre otras cosas, para comparar
 los tiempos de descarga y caudales pico
 de    varias     corrientes       o   cuencas
 hidrográficas,    para    así     conocer   las
 diferencias entre sus capacidades de
                                               37

 respuesta ante avenidas. A.
                  avenidas
           ING. WILLIAM J. LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO




                                   38

              ING. WILLIAM LOPEZ
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
 BIBLIOGRAFIA
 Roca, Vila (1978) INTRODUCCION A LA
  MECANICA DE LOS FLUIDOS. Editorial
  Limusa. México.
   Bolinaga, Juan. (1999). PROYECTOS DE
    INGENIERIA HIDRAULICA. Tomo I.
    Fundación Polar. Caracas. Venezuela.
 http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A

                                           39


                ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS
BIBLIOGRAFIA
    BIBLIOGRAFIA:
 http://es.wikipedia.org/wiki
 www.geovirtual.cl/Geoestructural
 http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/EROSION.pdf
 http://www.aplicaciones.info/naturales/natura05.htm
 GUEVARA PÉREZ, Edilberto / CARTAYA DI LENA,
  Humberto. (1991). “Hidrología para Ingenieros”.
  Editorial McGraw Hill. Segunda Edición. México
 MONSALVE SAENZ, GERMÁN. (1999). “Hidrología
  en la Ingeniería”. Alfaomega Grupo Editor, S.A.
  Segunda Edición. Bogota, Colombia.
 http://www.bing.com/search?q=Limnigrafo&src=IE-
                                                      40
  SearchBox&FORM=IE8SRC
                       ING. WILLIAM LOPEZ

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DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS - HIDROLOGIA

  • 1. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS 1 UNIDAD 1: HIDROLOGIA
  • 2. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO ¿QUE ES EL CICLO HIDROLOGICO? EL CICLO HIDROLÓGICO O CICLO DEL AGUA ES EL PROCESO DE CIRCULACIÓN DEL AGUA ENTRE LOS DISTINTOS COMPARTIMENTOS DE LA HIDRÓSFERA. SE TRATA DE UN CICLO BIOGEOQUÍMICO EN EL QUE HAY UNA INTERVENCIÓN MÍNIMA DE REACCIONES QUÍMICAS, Y EL AGUA SOLAMENTE SE TRASLADA DE UNOS LUGARES A OTROS O CAMBIA DE ESTADO 2 FÍSICO. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 3. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA EL AGUA EXISTE EN LA TIERRA EN TRES ESTADOS: SÓLIDO (HIELO, NIEVE), LÍQUIDO Y GAS (VAPOR DE AGUA). OCÉANOS, RÍOS, NUBES Y LLUVIA ESTÁN EN CONSTANTE CAMBIO: EL AGUA DE LA SUPERFICIE SE EVAPORA, EL AGUA DE LAS NUBES PRECIPITA, LA LLUVIA SE FILTRA POR LA TIERRA, ETC. SIN EMBARGO, LA CANTIDAD TOTAL DE AGUA EN EL PLANETA NO CAMBIA. LA CIRCULACIÓN Y CONSERVACIÓN DE AGUA EN LA TIERRA SE LLAMA CICLO HIDROLÓGICO, O CICLO3 DEL AGUA. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 4. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA EL CICLO HIDROLÓGICO COMIENZA CON LA EVAPORACIÓN DEL AGUA DESDE LA SUPERFICIE DEL OCÉANO. A MEDIDA QUE SE ELEVA, EL AIRE HUMEDECIDO SE ENFRÍA Y EL VAPOR SE TRANSFORMA EN AGUA: ES LA CONDENSACIÓN. LAS GOTAS SE JUNTAN CONDENSACIÓN Y FORMAN UNA NUBE. LUEGO, CAEN POR SU PROPIO PESO: ES LA PRECIPITACIÓN. SI EN LA ATMÓSFERA HACE PRECIPITACIÓN MUCHO FRÍO, EL AGUA CAE COMO NIEVE O GRANIZO. SI 4 ES MÁS CÁLIDA, CAERÁN GOTAS DE LLUVIA. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 5. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO CICLO DEL AGUA UNA PARTE DEL AGUA QUE LLEGA A LA SUPERFICIE TERRESTRE SERÁ APROVECHADA POR LOS SERES VIVOS; OTRA ESCURRIRÁ POR EL TERRENO HASTA LLEGAR A UN RÍO, UN LAGO O EL OCÉANO. A ESTE FENÓMENO SE LE CONOCE COMO ESCORRENTÍA. OTRO PORCENTAJE DEL AGUA SE FILTRARÁ A TRAVÉS DEL SUELO, FORMANDO CAPAS DE AGUA SUBTERRÁNEA, CONOCIDAS COMO ACUÍFEROS. ESTE PROCESO ES LA PERCOLACIÓN. TARDE O TEMPRANO, TODA ESTA AGUA VOLVERÁ NUEVAMENTE A LA ATMÓSFERA, DEBIDO PRINCIPALMENTE A LA EVAPORACIÓN. 5 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 6. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO 6 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 7. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA LOS PRINCIPALES PROCESOS IMPLICADOS EN EL CICLO DEL AGUA SON: P EVAPORACIÓN. EL AGUA SE EVAPORA EN LA SUPERFICIE OCEÁNICA, SOBRE EVAPORACIÓN LA SUPERFICIE TERRESTRE Y TAMBIÉN POR LOS ORGANISMOS, EN EL FENÓMENO DE LA TRANSPIRACIÓN EN PLANTAS Y SUDORACIÓN EN ANIMALES. LOS SERES VIVOS, ESPECIALMENTE LAS PLANTAS, CONTRIBUYEN CON UN 10% AL AGUA QUE SE INCORPORA A LA ATMÓSFERA. EN EL MISMO CAPÍTULO PODEMOS SITUAR LA SUBLIMACIÓN, CUANTITATIVAMENTE MUY POCO IMPORTANTE, QUE OCURRE EN LA SUPERFICIE HELADA DE LOS GLACIARES O LA BANQUISA. A CONDENSACIÓN. EL AGUA EN FORMA DE VAPOR SUBE Y SE CONDENSA CONDENSACIÓN FORMANDO LAS NUBES, CONSTITUIDAS POR AGUA EN PEQUEÑAS GOTAS. 7 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 8. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D PRECIPITACIÓN. SE PRODUCE CUANDO LAS GOTAS PRECIPITACIÓN DE AGUA QUE FORMAN LAS NUBES SE ENFRÍAN ACELERÁNDOSE LA CONDENSACIÓN Y UNIÉNDOSE LAS GOTITAS DE AGUA PARA FORMAR GOTAS MAYORES QUE TERMINAN POR PRECIPITARSE A LA SUPERFICIE TERRESTRE EN RAZÓN A SU MAYOR PESO. LA PRECIPITACIÓN PUEDE SER SÓLIDA (NIEVE O GRANIZO) O LÍQUIDA (LLUVIA). 8 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 9. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D INFILTRACIÓN OCURRE CUANDO EL AGUA QUE ALCANZA EL SUELO, PENETRA A TRAVÉS DE SUS POROS Y PASA A SER SUBTERRÁNEA. LA PROPORCIÓN DE AGUA QUE SE INFILTRA Y LA QUE CIRCULA EN SUPERFICIE (ESCORRENTÍA) DEPENDE DE LA PERMEABILIDAD DEL SUSTRATO, DE LA PENDIENTE Y DE LA COBERTURA VEGETAL. PARTE DEL AGUA INFILTRADA VUELVE A LA ATMÓSFERA POR EVAPORACIÓN O, MÁS AÚN, POR LA TRANSPIRACIÓN DE LAS PLANTAS, QUE LA EXTRAEN CON RAÍCES MÁS O MENOS EXTENSAS Y PROFUNDAS. OTRA PARTE SE INCORPORA A LOS ACUÍFEROS, NIVELES QUE CONTIENEN AGUA ESTANCADA O CIRCULANTE. PARTE DEL AGUA SUBTERRÁNEA ALCANZA LA SUPERFICIE ALLÍ DONDE LOS ACUÍFEROS, POR LAS CIRCUNSTANCIAS TOPOGRÁFICAS, INTERSECAN (ES DECIR, CORTAN) LA SUPERFICIE DEL TERRENO. 9 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 10. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D ESCORRENTÍA: ESTE TÉRMINO SE REFIERE A LOS DIVERSOS MEDIOS POR LOS QUE EL AGUA LÍQUIDA SE DESLIZA CUESTA ABAJO POR LA SUPERFICIE DEL TERRENO. EN LOS CLIMAS NO EXCEPCIONALMENTE SECOS, INCLUIDOS LA MAYORÍA DE LOS LLAMADOS DESÉRTICOS, LA ESCORRENTÍA ES EL PRINCIPAL AGENTE GEOLÓGICO DE EROSIÓN Y DE TRANSPORTE DE 10 SEDIMENTOS. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 11. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D CIRCULACIÓN SUBTERRÁNEA: SE PRODUCE A FAVOR DE LA GRAVEDAD, COMO LA ESCORRENTÍA SUPERFICIAL, DE LA QUE SE PUEDE CONSIDERAR UNA VERSIÓN. SE PRESENTA EN DOS MODALIDADES:  PRIMERO, LA QUE SE DA EN LA ZONA VADOSA, ESPECIALMENTE EN ROCAS KARSTIFICADAS, COMO SON A MENUDO LAS CALIZAS, Y ES UNA CIRCULACIÓN SIEMPRE PENDIENTE ABAJO.  SEGUNDO, LA QUE OCURRE EN LOS ACUÍFEROS EN FORMA DE AGUA INTERSTICIAL QUE LLENA LOS POROS DE UNA ROCA PERMEABLE, DE LA CUAL PUEDE INCLUSO REMONTAR POR FENÓMENOS EN LOS QUE INTERVIENEN LA PRESIÓN Y LA CAPILARIDAD. 11 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 12. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D FUSIÓN: ESTE CAMBIO DE ESTADO SE PRODUCE CUANDO LA NIEVE PASA A ESTADO LÍQUIDO AL PRODUCIRSE EL DESHIELO. 12 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 13. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D SOLIDIFICACIÓN: AL DISMINUIR LA TEMPERATURA EN EL INTERIOR DE UNA NUBE POR DEBAJO DE 0° C, EL VAPOR DE AGUA O EL AGUA MISMA SE CONGELAN, PRECIPITÁNDOSE EN FORMA DE NIEVE O GRANIZO, SIENDO LA PRINCIPAL DIFERENCIA ENTRE LOS DOS CONCEPTOS QUE EN EL CASO DE LA NIEVE SE TRATA DE UNA SOLIDIFICACIÓN DEL AGUA DE LA NUBE QUE SE PRESENTA POR LO GENERAL A BAJA ALTURA: AL IRSE CONGELANDO LA HUMEDAD Y LAS PEQUEÑAS GOTAS DE AGUA DE LA NUBE, SE FORMAN COPOS DE NIEVE, CRISTALES DE HIELO POLIMÓRFICOS (ES DECIR, QUE ADOPTAN NUMEROSAS FORMAS VISIBLES AL MICROSCOPIO), MIENTRAS QUE EN EL CASO DEL GRANIZO, ES EL ASCENSO RÁPIDO DE LAS GOTAS DE AGUA QUE FORMAN UNA NUBE LO QUE DA ORIGEN A LA FORMACIÓN DE HIELO, EL CUAL VA FORMANDO EL 13 GRANIZO Y AUMENTANDO DE TAMAÑO CON ESE ASCENSO ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 14. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO FASES DEL CICLO DEL AGUA D SOLIDIFICACIÓN: CUANDO SOBRE LA SUPERFICIE DEL MAR SE PRODUCE UNA MANGA DE AGUA (ESPECIE DE TORNADO QUE SE PRODUCE SOBRE LA SUPERFICIE DEL MAR CUANDO ESTÁ MUY CALDEADA POR EL SOL) ESTE HIELO SE ORIGINA EN EL ASCENSO DE AGUA POR ADHERENCIA DEL VAPOR Y AGUA AL NÚCLEO CONGELADO DE LAS GRANDES GOTAS DE AGUA EL PROCESO SE REPITE DESDE EL INICIO, CONSECUTIVAMENTE POR LO QUE NUNCA SE 14 TERMINA, NI SE AGOTA EL AGUA. ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 15. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CICLO HIDROLOGICO 15 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 16. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL SE DENOMINA CAUDAL EN HIDROLOGÍA Y, EN GENERAL, EN GEOGRAFÍA FÍSICA, AL VOLUMEN DE AGUA QUE CIRCULA POR EL CAUCE DE UN RIO EN UN LUGAR Y TIEMPO DETERMINADOS. SE REFIERE FUNDAMENTALMENTE AL VOLUMEN HIDRÁULICO DE LA ESCORRENTÍA DE UNA CUENCA HIDROGRÁFICA, HIDROGRÁFICA CONCENTRADA EN EL RÍO PRINCIPAL DE LA MISMA. SUELE MEDIRSE EN M³/SE, LO CUAL GENERA UN VALOR ANUAL MEDIDO EN M³ O EN HM³ (HECTÓMETROS CÚBICOS: UN HM³ EQUIVALE A UN MILLÓN DE M³) QUE PUEDE EMPLEARSE PARA PLANIFICAR LOS 16 RECURSOS HIDROLÓGICOS Y SU USO A TRAVÉS DE EMBALSES Y OBRAS DE CANALIZACIÓN ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 17. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL En Dinámica de los Fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. El caudal de un rio puede calcularse a través de la siguiente fórmula: Q= Av donde Q Caudal ([L3T−1]; m3/s) A Es el área ([L2]; m2) 17 Es la velocidad lineal promedio. ([LT ]; m/s) −1 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 18. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL La medición práctica del caudal líquido para asi pode diseñar las diversas Obras Hidraulicas, tiene Hidraulicas una importancia muy grande, ya que de estas mediciones depende muchas veces el buen funcionamiento del sistema hidráulico como un todo, y en muchos casos es fundamental para garantizar la seguridad de la estructura. Existen diversos procedimientos para la determinación del caudal instantáneo, entre las que se presentan el basado en la geometría de la sección y la velocidad media del flujo, en la velocidad media de un flujo y aquellos basado en la dilución de trazadores. 18 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 19. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL Caudal instantáneo: como su nombre lo dice, es el caudal que se determina en un instante determinado. Su determinación se hace en forma indirecta, determinado el nivel del agua en el río (N0), e interpolando el caudal en la curva calibrada de la sección determinada precedentemente. Se expresa en m3/s. Donde : Q0 = F0 (N0) 19 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 20. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL Sección de aforo: de un rio, o canal es rio un local, ya sea natural o preparado para tal efecto, en el cual se ha determinado la curva cota - caudal. De esa forma, cuando se requiere, midiendo el nivel, con una regla graduada implantada en el lugar, por interpolación en la curva, se podrá determinar el caudal líquido en la sección. 20 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 21. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL Sección de aforo: se encuentra equipada con limnígrafo y dispositivo para efectuar mediciones directas de caudal. 21 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 22. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL Caudal medio mensual: El caudal medio mensual es la media de los caudales medios diarios del mes en examen (M = número de días del mes, 28; 30; o, 31, según corresponda) y se expresa en m3/s. 22 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 23. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-CAUDAL Caudal medio anual: El caudal medio anual es la media de los caudales medios mensuales y se expresa en m3/s. 23 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 24. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Limnigrafo: Se trata de un instrumento de precisión adecuado para registrar, en función del tiempo, las fluctuaciones del nivel de la superficie de: lagos, cursos de agua, depósitos, niveles freáticas, etc. Las características de diseño lo hacen especialmente aplicable en aquellas zonas donde no se cuenta con la posibilidad de atención frecuente y las condiciones atmosféricas pueden ser severas. 24 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 25. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO 25 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 26. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Obtencion de Precipitaciones y Periodo de Retorno: La estimación de la lluvia con un determinado periodo de retorno se realiza a partir de los valores de lluvia diarias, entre otras cosas porque el número de estaciones que realizan medidas diarias tienen mayor densidad. La designación de los periodos de retorno a las lluvias se hace mediante cálculos estadísticos, y el modelo que utilicemos y la forma de estimar sus parámetros serán determinantes a la hora de obtener los resultados. 26 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 27. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Obtencion de Precipitaciones y Periodo de Retorno: Los cálculos se pueden realizar con los datos de precipitaciones, caudales máximos anuales instantáneos obtenidos de una estación meteorológica, a los cuales ha sido necesario aplicar una serie de métodos estadísticos para el cálculo de los caudales de avenida. En nuestro caso hemos aplicado el método de Gumbel. 27 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 28. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Metodo de Gumbel: La distribución Gumbel se utiliza para el cálculo de valores extremos de variables meteorológicas (entre ellas precipitaciones y caudales máximos) y es uno de los métodos más empleados para el estudio de las precipitaciones máximas en 24 horas. El "valor máximo" que se quiere determinar para un determinado período de retorno se determina por medio de la expresión:    Xt = ms + Kt*S. Donde:    • Xt = Valor máximo (caudal o precipitación) para un periodo de retorno. • ms = Media de la muestra. • Kt = Factor de frecuencia. 28 • S = Desviación típica ING. WILLIAM LOPEZ de la muestra.
  • 29. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Metodo de Gumbel: El valor de la variable Kt se estima a partir del conocimiento del período de retorno en años y del número de años disponibles en la serie. K = (Yt –my)/Sy. • Yt : variable de Gumbel para el período de retorno T, se determina a partir del valor del período de retorno. Yt = -ln ln ( ). Ver Ejemplo Modelo 29 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 30. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Crecida del Rio Crecida del Rio Año Año Arauca (metros) Arauca (metros) 1934 1,55 1959 3,18 1935 1,95 1960 2,14 1936 1,95 1961 2,05 1937 1,58 1962 2,2 1938 2,07 1963 2,63 1939 2,07 1964 1,54 1940 3,02 1965 2,05 1941 2 1966 2,7 1942 2 1967 2 1943 1,78 1968 1,98 1944 1,99 1969 1,9 1945 1,84 1971 2,07 1946 2,05 1972 2,41 1947 2 1973 2,48 1948 2 1974 2,11 1949 1,71 1975 2,22 1950 2,02 1976 2 1951 2,17 1977 2,14 1952 1,93 1978 2,11 1953 1,82 1979 2,11 1954 2,02 1979 1,95 1955 1,85 1980 2,11 1956 1,85 1981 2,14 1957 2,07 1982 2,18 30 1958 2,57 1983 3,45 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 31. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Periodo de Variable Reducida Crecida del Rio N° Año Retorno (i/n+1)= Arauca (metros) xi (pi) a=(1/1-pi) yi=-ln(lna) ln xi 1 3,45 1983 0,020 1,020 3,922 1,238 2 2,18 1982 0,039 1,041 3,219 0,779 3 2,14 1981 0,059 1,063 2,803 0,761 4 2,11 1980 0,078 1,085 2,505 0,747 5 2,11 1979 0,098 1,109 2,271 0,747 6 1,95 1979 0,118 1,133 2,078 0,668 7 2,11 1978 0,137 1,159 1,913 0,747 8 2,14 1977 0,157 1,186 1,768 0,761 9 2 1976 0,176 1,214 1,639 0,693 10 2,22 1975 0,196 1,244 1,522 0,798 11 2,11 1974 0,216 1,275 1,415 0,747 12 2,48 1973 0,235 1,308 1,316 0,908 13 2,41 1972 0,255 1,342 1,223 0,880 14 2,07 1971 0,275 1,378 1,137 0,728 15 1,9 1969 0,294 1,417 1,055 0,642 16 1,98 1968 0,314 1,457 0,977 0,683 17 2 1967 0,333 1,500 0,903 0,693 18 2,7 1966 0,353 1,545 0,832 0,993 19 2,05 1965 0,373 1,594 0,763 0,718 20 1,54 1964 0,392 1,645 0,697 0,432 21 2,63 1963 0,412 1,700 0,634 0,967 22 2,2 1962 0,431 1,759 0,572 0,788 23 2,05 1961 0,451 1,821 0,511 0,718 24 2,14 1960 0,471 1,889 0,453 0,761 31 25 3,18 1959 0,490 1,962 0,395 1,157 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 32. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Periodo de Variable Reducida Crecida del Rio N° Año Retorno (i/n+1)= Arauca (metros) xi (pi) a=(1/1-pi) yi=-ln(lna) ln xi 26 2,57 1958 0,510 2,040 0,338 0,944 27 2,07 1957 0,529 2,125 0,283 0,728 28 1,85 1956 0,549 2,217 0,228 0,615 29 1,85 1955 0,569 2,318 0,173 0,615 30 2,02 1954 0,588 2,429 0,120 0,703 31 1,82 1953 0,608 2,550 0,066 0,599 32 1,93 1952 0,627 2,684 0,013 0,658 33 2,17 1951 0,647 2,833 -0,041 0,775 34 2,02 1950 0,667 3,000 -0,094 0,703 35 1,71 1949 0,686 3,188 -0,148 0,536 36 2 1948 0,706 3,400 -0,202 0,693 37 2 1947 0,725 3,643 -0,257 0,693 38 2,05 1946 0,745 3,923 -0,313 0,718 39 1,84 1945 0,765 4,250 -0,369 0,610 40 1,99 1944 0,784 4,636 -0,428 0,688 41 1,78 1943 0,804 5,100 -0,488 0,577 42 2 1942 0,824 5,667 -0,551 0,693 43 2 1941 0,843 6,375 -0,616 0,693 44 3,02 1940 0,863 7,286 -0,686 1,105 45 2,07 1939 0,882 8,500 -0,761 0,728 46 2,07 1938 0,902 10,200 -0,843 0,728 47 1,58 1937 0,922 12,750 -0,934 0,457 48 1,95 1936 0,941 17,000 -1,041 0,668 49 1,95 1935 0,961 25,500 -1,175 0,668 32 50 1,55 1934 0,980 51,000 -1,369 0,438 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 33. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Metodo Racional : Es utilizado en Hidrología para determinar el Caudal Instantáneo Máximo de descarga de una Cuenca Hidrográfica. La fórmula básica del método racional es: Qp = C.ic.Ad Donde: Qp = Caudal máximo expresado en m3/s C = Coeficiente de escurrimiento (o coeficiente de escorrentía) ic = Intensidad de la precipitación concentrada en m/s en un período igual al tiempo de concentración tc Ad = Área de la cuenca hidrográfica en m2. ic = i.tc/ ti Donde: i = Intensidad de precipitación en m/s tc = Tiempo de concentración en segundos ti = Tiempo durante el que se midió la Intensidad de 33 precipitación en segundos. ING. WILLIAM LOPEZ
  • 34. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Yetogramas: de diseño se construyen a partir de los datos anteriores. Para esto se construyen las curvas de intensidad duración frecuencia (IDF) asociadas a los periodos de retorno antes considerados. Estas curvas IDF nos dan una idea de la intensidad media máxima para un periodo de retorno determinado que se puede esperar de una duración de lluvia. Para calcular estas IDF se aplicó en método de Témez (1978): (It / Id )= ( Il /Id )(28^0.1- t^0.1) / (28^0.1-1), donde - It es la intensidad media máxima en mm / h - Id es la intensidad media diaria de precipitación mm / h - Pd es la precipitación diaria en mm - Il es la intensidad horaria de precipitación mm/ h - T es la duración en horas del intervalo al que se refiere la intensidad 34 - Il / Id es un parámetro que depende de la zona de estudio Así se obtienen las curvas IDF sin tener datos de precipitación ING. WILLIAM LOPEZ
  • 35. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Hidrogramas: Con estos datos de precipitación efectiva se calcula el hidrograma unitario, que expresa la circulación del agua por la cuenca. Hemos utilizado varios métodos para el cálculo de este hidrograma: • Hidrograma adimensional del SCS, • Hidrograma triangular de Témez, • Hidrograma triangular del SCS ( USBR ). Hay que realizar al menos dos métodos para poder contrastar los resultados. Además calcularemos el caudal punta mediante el método racional para poder compararlo con los obtenidos en los métodos 35 anteriores. ING. WILLIAM LOPEZ
  • 36. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Hidrograma: es un gráfico que muestra la variación en el tiempo de alguna información hidrológica tal como: nivel de agua, caudal, carga de sedimentos, etc. para un rio, o canal, si bien sedimentos rio canal típicamente representa el caudal frente al tiempo; esto es equivalente a decir que es el gráfico de la descarga (L3/T) de un flujo en función del tiempo. Éstos pueden ser hidrogramas de tormenta e hidrogramas anuales, los que a su vez se dividen en 36 perennes y en ING. WILLIAM J. LOPEZ A. intermitentes.
  • 37. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO Hidrograma: Los hidrogramas son útiles, entre otras cosas, para comparar los tiempos de descarga y caudales pico de varias corrientes o cuencas hidrográficas, para así conocer las diferencias entre sus capacidades de 37 respuesta ante avenidas. A. avenidas ING. WILLIAM J. LOPEZ
  • 38. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS HIDROLOGIA-MEDICION Y CALCULO 38 ING. WILLIAM LOPEZ
  • 39. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS BIBLIOGRAFIA  Roca, Vila (1978) INTRODUCCION A LA MECANICA DE LOS FLUIDOS. Editorial Limusa. México.  Bolinaga, Juan. (1999). PROYECTOS DE INGENIERIA HIDRAULICA. Tomo I. Fundación Polar. Caracas. Venezuela.  http://es.wikipedia.org/wiki/Canal_(hidr%C3%A 39 ING. WILLIAM J. LOPEZ A.
  • 40. DISEÑO DE OBRAS HIDRAULICAS BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA:  http://es.wikipedia.org/wiki  www.geovirtual.cl/Geoestructural  http://edafologia.fcien.edu.uy/archivos/EROSION.pdf  http://www.aplicaciones.info/naturales/natura05.htm  GUEVARA PÉREZ, Edilberto / CARTAYA DI LENA, Humberto. (1991). “Hidrología para Ingenieros”. Editorial McGraw Hill. Segunda Edición. México  MONSALVE SAENZ, GERMÁN. (1999). “Hidrología en la Ingeniería”. Alfaomega Grupo Editor, S.A. Segunda Edición. Bogota, Colombia.  http://www.bing.com/search?q=Limnigrafo&src=IE- 40 SearchBox&FORM=IE8SRC ING. WILLIAM LOPEZ