Ingeniería Civil Septiembre 2016 – Febrero 2017 HIDROLOGÍA CAPÍTULO 4 ESCORRENTÍA SUPERFICIAL Ingeniería Civil Septiembre 2016 – Febrero 2017

PROCESOS DE ESCURRIMIENTO Agua proveniente de la precipitación que circula sobre o bajo la superficie terrestre y que llega a una corriente para finalmente ser drenada hasta la salida de la cuenca. ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL ESCURRIMIENTO SUBSUPERFICIAL ESCURRIMIENTO SUBTERRÁNEO

ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL Llega más rápido hasta la salida de la Cuenca Relacionado con una tormenta en particular (precipitación en exceso o efectiva) ESCURRIMIENTO DIRECTO Flujo en la superficie + escurrimiento en corrientes

ESCURRIMIENTO SUBSUPERFICIAL Agua que se infiltra y escurre cerca de la superficie del suelo Escurre más o menos paralelamente al suelo Puede ser casi tan rápido como el superficial o casi tan lento como el subterráneo Depende de los estratos superiores del suelo Difícil de distinguir

ESCURRIMIENTO SUBTERRÁNEO Agua que se infiltra hasta niveles inferiores que el nivel freático Llega de manera lenta hasta la salida de la cuenca (años) Difícilmente puede ser relacionado con una tormenta particular (permeabilidad del suelo, tamaño de la cuenca) Escurrimiento base

AFORO DE CORRIENTES SUPERFICIALES Determinar a través de mediciones el gasto que pasa por una sección dada. Secciones de control Relación sección – pendiente Relación sección – velocidad

SECCIÓN DE CONTROL Tirante crítico ( elevando el fondo del cauce) En la que existe una relación entre el tirante y el caudal Tirante crítico ( elevando el fondo del cauce)

SECCIÓN DE CONTROL Tirante crítico (caída libre) En la que existe una relación entre el tirante y el caudal Tirante crítico (caída libre)

SECCIÓN DE CONTROL En la que existe una relación entre el tirante y el caudal Vertederos (pared delgada): triangular y rectangular H: carga sobre el vertedero medida a una distancia de cuando menos 4H aguas arriba de la cresta Q (100 a 1000 l/s) Q (hasta 100 l/s)

RELACIÓN SECCIÓN PENDIENTE Estimar el gasto máximo durante una avenida reciente Ríos donde no se puede hacer otro aforo Datos: Topografía de un tramo del cauce Marcas del nivel máximo del agua durante la avenida

RELACIÓN SECCIÓN PENDIENTE Manning Ecuación de continuidad Bernoulli R: radio hidráulico S: pendiente de la línea de energía específica n: coeficiente de rugosidad A: área hidráulica

RELACIÓN SECCIÓN PENDIENTE

RELACIÓN SECCIÓN PENDIENTE Dy: diferencia en elevación de las marcas de nivel máximo del agua en los extremos del tramo B: 2 si A1 es mayor que A2, y b=4 si A2 es mayor que A1 (es para tomar en cuenta las pérdidas locales)

RELACIÓN SECCIÓN PENDIENTE Es posible estimar el gasto de pico de una avenida si se conocen las marcas del nivel máximo del agua en las márgenes, la rugosidad del tramo y la topografía del mismo

RELACIÓN SECCIÓN VELOCIDAD Medir la velocidad en varios puntos de la sección transversal y calcular el gasto por la ecuación de la continuidad

RELACIÓN SECCIÓN VELOCIDAD VELOCIDAD MEDIA GASTO TOTAL

RELACIÓN SECCIÓN VELOCIDAD K: coeficiente de corrección calculado en función del ángulo

RELACIÓN SECCIÓN VELOCIDAD

RELACIÓN SECCIÓN VELOCIDAD Cada aforo toma un tiempo relativamente largo Curvas de altura del nivel del agua contra el gasto

EJERCICIO Calcular el gasto con los siguientes datos obtenidos en el aforo:

EJERCICIO

CURVAS ELEVACIONES - GASTOS Cuando el río fluye a profundidades diferentes Medir el nivel en un punto de medición permanente y utilizando la curva. Cuando ha cambiado la sección transversal, se debe hacer una nueva curva de calibrado Tomar mediciones a muchos niveles diferentes del caudal Mucho tiempo

CURVAS ELEVACIONES - GASTOS

HIDROGRAMAS Curva que relaciona el caudal y el tiempo HIDROGRAMA ANUAL

HIDROGRAMAS A: punto de levantamiento: el agua de la tormenta comienza a llegar a la salida de la cuenca B: pico: caudal máx. que ha producido la tormenta (diseño) C: punto de inflexión: Cuando termina el flujo sobre el terreno D: final del escurrimiento directo: en adelante es de origen subterráneo Área bajo la curva es el volumen total escurrido, y el área bajo el hidrograma y arriba de la línea de separación entre el gasto base y directo es el volumen de escurrimiento directo HIDROGRAMA AISLADO: escurrimiento producido por una sola tormenta

HIDROGRAMAS Para poder correlacionar la precipitación con los hidrogramas que genera es necesario separar el caudal base del directo: Trazar una línea horizontal a partir del punto A del hidrograma (sobrestima el tiempo base y volume de escurrimiento directo) Correlación entre el tiempo de vaciado del escurrimiento directo con alguna característica de la cuenca: N: tiempo de vaciado del escurrimiento directo en días A: área de la cuenca en km2 ( no menor de 3km2) El punto D del hidrograma estará un tiempo de N días después del pico

HIDROGRAMA DE UNA CRECIDA t0: instante en el cual comienza la precipitación t1: momento en que llega al punto de salida la primera gota que cayó en el punto más alejado t2: instante en el cual la precipitación cesa bruscamente t3: instante en que la última gota que cayó en el punto más alejado llega a la salida

HIDROGRAMA DE UNA CRECIDA El interval de t0 a t1 es igual al interval de t2 a t3 (tiempo que tarda en llegar a la salida una gota caída en el punto más alejado) Tiempo de concentración

Tiempo de precipitación es mayor que el tiempo de concentración de la cuenca

Precipitación neta o efectiva Precipitacón efectiva: Es la precipitación que genera escorrentía superficial En algunos procesos el flujo subsuperficial se excluye completamente de la escorrentía directa, con lo que la precipitación efectiva es igual al exceso de precipitación.

Duración de la precipitación es menor que el tiempo de concentración ttrecida:desde el comienzo de Pneta hasta la punta del hidrograma tlag: tiempo de retardo: desde el centro de gravedad del hietograma de Pneta hasta la punta del hidrograma

La hipótesis fundamental en el diseño hidrológico: la duración de la lluvia máxima o de diseño coincide con el tiempo de concentración de la cuenca, ya que lluvias con mayores duraciones no producen aumento en los caudales punta

Tiempo de concentración empírico Tc-1 = Tb – d Tc-2 = Tb - Tr-1 Tc-3 = Tb - Tr-2 Tc-4 = Tp

Tiempo de concentración teórico

CÁLCULO DE LA PRECIPITACIÓN NETA – MÉTODO DEL S.C.S La capacidad de infiltración del suelo va disminuyendo con el tiempo S.C.S: soil conservation service

Evaluación de Po

Corrección de Po