DRENAJE Y DISEÑO HIDROLÓGICO

ING CRISTIAN COELLO MSc

Mar- Sep2015

FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA DE INGENIERIA CIVIL

DRENAJE Y SISEÑO HIDROLOGICO

HIDROLOGÍA APLICADA

Información Hidrometeorológica

  Uso y manipulación de la información cruda

Elaboración de las curvas IDF

Modelo Hidrológico para calculo de avenidas

DRENAJE Y SISEÑO HIDROLOGICO

DRENAJE

Drenaje vial

  Drenaje de sitios críticos

  Drenaje en zonas urbanas

  Subdrenaje

TÓPICOS

Información Hidrometeorológica

PrecipitaciónTemperaturaEvapotranspiraciónNiveles y CaudalesBalance Hídrico

TÓPICOS

Uso y manipulación de la información cruda

Estaciones Pluviográficas Estaciones meteorológicas Estaciones Limnigráfica Procesamiento Control de calidad de la información Curvas de doble

masa Relleno de información: Análisis de correlación Información a diferentes escalas temporales Índices requeridos en diseño hidrológico Variabilidad espacio temporal de la lluvia Caudales característicos

TÓPICOS

Elaboración de las curvas IDF

Análisis de intensidades máximasMétodos empíricos y teóricos (analíticos) Construcción de las curvas IDFAplicación de las curvas en obras de drenaje

TÓPICOS

Modelo Hidrológico para calculo de avenidas

Requerimientos de Información Usos de suelo Precipitación efectiva Hietograma de diseño Hidrograma Unitario SCS Transito de avenidas: Métodos conocidos Modelo HEC HMS

TÓPICOS

Drenaje vial

Consideraciones de diseño Obtención del caudal máximo Análisis de precipitaciones intensas Determinación de la intensidad de lluvia Periodo de retorno Curvas IDF y Zonificación INAMHI Escurrimiento Diseño de Alcantarillas y obras de drenaje

TÓPICOS

Drenaje de sitios críticos

AntecedentesConsideraciones de diseñoHidrología para el diseño del sistema de drenajeDrenaje superficial

Cunetas de coronación Canales colectores Canal rápido o con rugosidad artificial

TÓPICOS Drenaje en zonas urbanas

Cálculo de caudales máximos esperados Coeficiente de escorrentía Tiempo de concentración

Subdrenaje

Consideraciones de diseño Método de cálculo Obras especiales de subdrenaje

Evaluación•EXAMEN INTERCICLO 20 Puntos•EXAMEN FIN DE CICLO 30 Puntos

TRABAJOS: • Evapotranspiración y balance hídrico (5p)• Procesamiento y análisis de consistencia de información(5p)• Obtención de curvas IDF (5p)• Modelo hidrológico integral (10p)• Diseño de drenaje vial (5p)• Diseño de drenaje de sitios críticos (10p)• Diseño de drenaje de zonas urbanas (5p)• Trabajo de subdrenaje (5p)

Bibliografía Sugerida Chow, V.T.; Maidment, D.; Mays L., “Hidrología Aplicada.”, McGraw-

Hill Interamericana S. A., 1994.

Temez : Calculo hidrometeorológico de caudales máximos en pequeñas cuencas naturales

Bateman Allen :Hidrología Básica y Aplicada, 2007

INAMHI 1999.- Estudio de Lluvias Intensas. Departamento de Hidrometría. Quito Ecuador.

Soil Conservation Service (SCS),“National Engineering Handbook:  Section 4,Hydrology”, (NEH-4), United States Department of Agriculture (USDA), 1985.

French, Richard H., “Hidráulica de Canales Abiertos”, McGraw-Hill, 1988.

U.S. Army Corps of Engineers, “HEC-HMS Hydrologic Model Sistem User’s Manual",Hydrologic Engineering Center, 1995.

Precipitación Es la principal fuente de alimentación del ciclo

hidrológico, incluye lluvia, llovizna, nieve, granizo, las formas de niebla, rocío son formas de condensación y no de precipitación.

La precipitación se mide en pluviómetros o pluviógrafos, estos últimos se utilizan para determinar las precipitaciones de corta duración y alta intensidad

Precipitación Para realizar mediciones, se comprobaría la altura del

agua de lluvia que cubriría la superficie del suelo, en el área de influencia de una estación pluviométrica, si pudiese mantenerse sobre la misma sin filtrarse ni evaporarse. Se expresa generalmente en mm.

Un correcto dimensionamiento del drenaje garantizará la vida util de una carretera. El conocimiento de las precipitaciones extremas de corta duración, es muy importante para dimensionar el drenaje urbano, y diseñar obras hidráulicas.

Precipitación La intensidad de la lluvia y duración de la lluvia:

estas dos características están asociadas para un mismo periodo de retorno en lo que conocemos como las curvas IDF.

Para determinar la precipitación media en la cuenca se elige un período de retorno determinado, se determina la lluvia en cada estación para el periodo de retorno seleccionado y luego se calcula la lluvia media, para esto se utiliza alguno de los procedimientos siguientes: método aritmético, polígonos de Thiessen y el método de las isoyetas

Análisis espacial de la precipitación

Es el comportamiento en el espacio de la precipitación dentro de un área de drenaje determinada.

Análisis temporal de la precipitación

Es el comportamiento en el tiempo de la precipitación dentro de un área de drenaje determinada.

Información de Precipitaciones

Precipitación Instantánea (resolución del pluviógrafos). Precipitación al minuto (intensidad máxima horaria). Precipitación sub horaria (múltiplos de 5min - IDF) Precipitación horaria (IDF) Precipitación diaria (Precipitaciones máximas en 24h)

(resolución de los pluviómetros en general) Precipitación mensual Precipitación total anual Días con precipitación y días de precipitación máxima

Temperatura Es el estado referido al calor o ausencia del calor del

medio ambiente, la unidad de medida son Centígrados, Kelvin, Fahrenheit, entre otros

Información de Temperatura

Máxima Absoluta Mínima Absoluta Temperatura máxima Temperatura mínima Temperatura media

Evapotranspiración La evapotranspiración se define como la pérdida de

humedad de una superficie por evaporación directa junto con la pérdida de agua por transpiración de la vegetación. Se expresa en milímetros por unidad de tiempo.

La evapotranspiración constituye un importante componente del ciclo y balance del agua. Se estima que en condiciones normales un 70% del total de agua recibida por una zona (precipitación) es devuelta a la atmósfera a través del proceso, mientras que el 30% restante constituye la escorrentía superficial y subterránea

Evapotranspiración Evapotranspiración Potencial (ETP)

Máxima cantidad de agua que puede evaporarse desde un suelo completamente cubierto de vegetación, que se desarrolla en óptimas condiciones, y en el supuesto caso de no existir limitaciones en la disponibilidad de agua

Evapotranspiración de Referencia (Eto)

La ETo es aplicada a un cultivo específico, estándar o de referencia, habitualmente alfalfa, de 8 a 15 cm de altura uniforme, de crecimiento activo, que cubre totalmente el suelo y que no se ve sometido a déficit hídrico

Calculo de la Evapotranspiración

La fórmula de Hargreaves

ET0= 0,0135 (tmed+ 17,78) Rs

ET0 = evapotranspiración potencial diaria, mm/día

tmed= temperatura media, °C

Rs= radiación solar incidente, convertida en mm/día

Calculo de la Evapotranspiración

Método de Penman Monteith

Método de Thornthwaite f(°T)

Ejercicio Determinar a partir de la información entregada

la Eto aplicando las diferentes metodologías.

Además calcule: La precipitación total anual, precipitación máxima diaria, lluvia máxima 5 días consecutivos, periodo seco mas largo, intensidad media diaria para el periodo de retorno anual. Temperaturas máxima y mínima anual, humedad máxima y mínima, velocidad del viento máxima, radiación solar máxima y media

Niveles y Caudales Los niveles de agua superficiales están

íntimamente ligados con los caudales circulantes en un río y se determina a partir de la curva de descarga general.

Cuando se conoce una sección geométrica por donde pasa el agua es posible el calculo del caudal con precisión.

La velocidad del agua determinara la cantidad de caudal que pasa por una sección conocida

Niveles y Caudales El régimen de caudales de una corriente de

agua durante un período determinado, es el único término del balance hidrológico de una cuenca que puede ser medido directamente con una buena precisión

El régimen de caudales es un dato básico, indispensable, para los todos los diseño hidráulicos y para muchas obras civiles en los que ellos son parte importante como las carreteras, puentes, acueductos, presas, etc

Niveles y Caudales La información instantánea que pueden generar

los equipos de medición son las alturas o niveles de agua en determinado punto, la determinación de caudal es misión del técnico encargado en la caracterización de la curva de descarga o el diseño de las obras hidráulicas.

De la precisión en la determinación de los caudales dependerá la calidad de los estudios e investigaciones en hidrología

Régimen de Caudales Comportamiento temporal de caudales de una fuente

superficial, íntimamente ligado a la ocurrencia de las precipitaciones

Ejercicio

Determine los caudales a partir de la siguiente información disponible instantánea.

Grafique: Caudales medios diarios y caudales medios mensuales y el régimen de caudales

Además calcule: Caudal máximo instantáneo, caudal máximo diario, caudal especifico medio y caudal específico máximo

Balance HídricoConcepto

Es el equilibrio entre todos los recursos hídricos que ingresan al sistema y los que salen del mismo, en un intervalo de tiempo determinado

-200.0

-150.0

-100.0

-50.0

0.0

50.0

100.0

150.0

200.0

ENE FEB MAR ABR MAY JUN JUL AGO SEP OCT NOV DIC

Eto (mm)

Caudal (mm)

Precipitación (mm)

Ecuación simplificada:

P= Q+ETo

Balance Hídrico

Balance Hídrico

Año Hidrológico

Período continuo de doce meses seleccionados de manera que los cambios globales en el almacenamiento sean mínimos, por lo que la cantidad sobrante de un año al siguiente, se reduce al mínimo.

Ecuación general

Modelando el balance hídrico

Modelando el balance hídrico

Ejercicio

Determine el balance hídrico general para la información proporcionada para los ejercicios anteriores.

Grafique el balance y concluya sobre los resultados

QMI. Dar fecha y hora;el valor maximo,un solo valor al a;o QME. Dividir caudal para el area. QD. Promedio de datos de los dias. QMeD: Caudal uniforme, Qmaxd. Escala de tiempo uniforme.se procesan los datos cada hora, durante la hora me sale un maximo. Un solo valor

para un a;o: de todos los dias sacar el promedio diario, y sacar el maximo. Qesp.max=Qmax instantaneo/area

Balance hidrico Mas precisa la ec simplificada. En la salida la evapotranspiracion se pierde. Para modelacion hidrologica de una cuenca se hace la ecuacion general. El a;o hidrologico se lo analiza al fin de la epoca de verano., se cierra cuand el rio esta seco. Datos: evapotranspiracion, precipitacion y caudal(profe): primero balance diario, luego se lo procesa al balance mensual.