Electiva V Drenajes longitudinales y transversales

1. INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITECNICO
SANTIAGO MARIÑO
ELECTIVA V: DRENAJE.
PROFESOR: ING. MARIA EUGENIA ACOSTA.
ALUMNO: YOLY ANTONIA CONTRERAS.
C.I: 20.433.524.
Métodos para Calcular el Caudal a un Sistema de
Drenaje Superficial

2. Método de velocidad y sección
Este método se basa en la formula de continuidad:
Q = Q . V
Donde:
Q: Caudal m3/h
A: Área de la sección en m2
V: velocidad del agua m3/s
Consiste en medir la sección del canal para determinar el área; la velocidad del agua se
mide con un molinete o por el método del flotador.

3. EL MOLINETE
Es un instrumento utilizado para medir la velocidad del agua en un canal o corriente.
Existen dos tipos: Los que constan de unas copillas que gira alrededor de un eje vertical y
los de tipo hélice que gira sobre un eje horizontal, accionada por el movimiento del agua.
El principio del molinete se basa en que la velocidad de rotación de las copillas o la hélice,
es directamente proporcional a la velocidad del agua en la corriente; si se conoce el número
de vueltas que da la rueda y el tiempo en hacerlo, se puede determinar la velocidad del
agua, por medio de unas tablas especificas para cada aparato, las cuales vienen calibradas
de fábrica. El método consiste en medir el área de las secciones parciales en que se divide
el cauce o canal. Midiendo la profundidad y la horizontal o espejo de agua y medir la
velocidad del agua con el molinete.

4. Procedimiento
•Buscar un sitio adecuado, preferiblemente un tramo recto con sección bastante uniforme.
Si es muy ancho, se coloca un tronco como puente sobre el canal. Pues la sección debe ser
perpendicular al eje del cauce.
•La sección se divide en varios tramos, dependiendo de la anchura del canal
(En el esquema 1 se ilustra el
procedimiento para dividir una
sección de canal en varios tramos).

5. •Cada tramo proporciona u área parcial, la cual se obtiene al multiplicar la profundidad
media por su anchura; la profundidad media se calcula midiendo la profundidad del agua en
el extremo de cada tramo.
•La velocidad media se mide en el centro de cada área parcial, a una distancia de un 40%
de abajo hacia arriba cuando la profundidad es menor de 0.60m. Si es mayor, se hacen dos
mediciones, a 20% y a 80’% de la profundidad.
•Se multiplica el área del tramo correspondiente por la velocidad media y se obtiene el
caudal parcial. La suma de todos los caudales parciales proporciona el caudal total.

6. EL FLOTADOR
Es un método muy práctico para medir la velocidad del agua en un cauce o canal y consiste
en el uso del flotador, que pueden ser tapones de corcho o algún material liviano. Se debe
tener cuidado cuando hace mucho viento, pues la velocidad se ve afectada. El error
cometido es aproximadamente del 10%. Dado que la velocidad no es la misma en toda la
sección del canal, por efecto del rozamiento con las paredes y el fondo, el valor obtenido se
debe afectar por un factor de corrección que varía dependiendo del material de construcción
del canal; por ejemplo: para canales revestidos el factor es de 0.85 y para canales en tierra
es de 0.60. El flotador no debe rozar las paredes del canal o cauce; si ocurre se debe repartir
la operación.

7. Procedimiento
•Se escoge un tramo de canal recto y uniforme de unos 30 metros como mínimo.
•Se mide el tiempo, con cronometro, que tarda el flotador en recorrer dicha
distancia.
•Se mide el área de la sección, si especial, se aplica la formula siguiente:
A = BM + bm . h/2
Si es parabólica se aplica la formula:
A = 2/3 d . h
Si es rectangular:
A = b . h
En cada caso
h es la altura o tirante de agua en el canal
d o BM (base mayor) es el espejo de agua
b o bm (base menor) es la plantilla o base del
canal.
Se toman varias medidas y se trabaja con el dato
promedio.

8. METODO RACIONAL
Es uno de los mas utilizados para la estimulación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de
diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja de no
requerir de datos hidrométricos para la determinación de caudales máximos. La expresión utilizada por
el método racional es:
Q =
𝑪 . 𝑰𝑨
𝟑𝟔𝟎
Donde:
Q= caudal máxima m3/s
C= coeficiente de escorrentía.
I= intensidad de la lluvia de diseño con duración igual al tiempo de concentración de la cuneta y con
frecuencia igual al periodo de retomo seleccionado para el diseño (curva de I-D-F)(mm/h).
A= Área de la cuneta m2

9. Las Curvas de Intensidad-Duración-
Frecuencia
Son de amplio uso en los métodos de diseño de drenajes pluviales, canales abiertos de
drenaje y presas. También, son generalmente elaboradas por los organismos encargados del
procesamiento de la información pluviográfica en cada país, convirtiéndose en
prácticamente un aspecto normativo ligado al diseño en cuestión.
En todo caso, exponemos a continuación el procedimiento para la realización del análisis
de Intensidad-Duración-Frecuencia, considerando que se cuentan con registros de
precipitaciones máximas en una estación meteorológica (pluviométrica) cercana al sitio en
el que se realizará el diseño de la obra hidráulica que requiera de esta herramienta
hidrológica.

10. En líneas generales, para ejecutar el análisis de Intensidad- Duración-Frecuencia, se tabulan los
registros obtenidos de las bandas pluviográficas de la estación de medición para diversas
duraciones. Dependiendo del tipo de diseño, estas duraciones podrán ser de 5, 10, 15, 30, 45
minutos y 1, 2, 3, 6, 12, 24 horas. Para cada año y para cada una de las duraciones
seleccionadas, se obtendrá la precipitación máxima, y con ésta se calculará la intensidad de la
lluvia en función de la duración.
La serie de Intensidades obtenidas se ajusta entonces a una ley de distribución de probabilidades
para eventos extremos, tal como la de Gumbel, a fin de presentar, para períodos de retorno
prefijados (frecuencias), una o más curvas que relacionen la duración con la Intensidad.

11. Veamos la aplicación en el siguiente
ejemplo:
Se desea determinar, a partir de las precipitaciones máximas para diferentes duraciones
presentadas en la tabla siguiente, las curvas de interinidad-duración-frecuencia para los
periodos de retorno o frecuencias de 5 y 25 años.

12. Calculo de intensidades máximas:
Para la obtención de las curvas de intensidad-duración- frecuencia, es necesario convertir
los registros de precipitaciones máximas presentadas en la tabla anterior en intensidades
máximas. De esta forma, y considerando las intensidades presentadas en la siguiente tabla.

13. Por ejemplo, para el caso de 5 horas de duración en el
año 1985, la intensidad máxima será:
𝑖 =
31𝑚𝑚
5ℎ𝑟
= 6,20
𝑚𝑚
ℎ𝑟
Ajuste de las intensidades máximas a la ley de Gumbel: Se toma en cuenta el hecho de que
está tratando de intensidades máximas, por lo que es de espetaste que la distribución de
Gumbel se ajuste adecuadamente. Notemos que, en las dos últimas filas de la tabla anterior;
se ha determinado los parámetros media aritmética (Xm) y desviación estándar (S) forma,
se cuenta con estos valores para cada una de las duraciones presentes en dicha tabla. Para el
ajuste se emplean los valores tabulados del factor de frecuencia k asociado a la distribución
de Gumbel. Para ello hay que considerar que el tamaño de la muestra(N) es igual a los 10
datos para lo cual se obtiene los siguientes factores de frecuencias:
Tr = 5 años → K5 = 0,967
Tr = 25 años → K25 = 2,632

14. Con esta información se procede a determinar las Intensidades Probables para las diferentes
duraciones, con la ecuación de Chow
X= X + K . S
En la que “x” representa la Intensidad calculada con la media aritmética, desviación estándar y
el factor de frecuencia para cada duración.
Por ejemplo, para el caso de 10 horas de duración y un período de retorno de 25 años, la
intensidad probable será:
I10-25 = 5,40
𝑚𝑚
ℎ𝑟
+ 2,632 . 1,33
𝑚𝑚
ℎ𝑟
= 8,90
𝑚𝑚
ℎ𝑟

15. Los cálculos, para las restantes duraciones
y períodos de retorno se resumen a
continuación:

16. La curva de Intensidad-Duración-Frecuencia,
para el período de retorno de 5 años sería
finalmente la siguiente: