RESUMEN COMPLETO HIDROLOGIA-BYR

RESUMEN HIDROLOGÍA
UNIDAD 1
● ciclo hidrológico: El ciclo hidrológico comienza con la evaporación del agua desde
la superficie. A medida que se eleva, el aire humedecido se enfría y el vapor se
transforma en agua: es la condensación. Las gotas se juntan y forman una nube.
Luego caen por su propio peso: es la precipitación.
● El tiempo de residencia T: es el tiempo promedio que necesita una molécula de
agua para pasar a través de un subsistema del ciclo hidrológico. Se calcula
dividiendo el volumen de agua V y el almacenamiento de la tasa de flujo (caudal) Q.
T=V/Q
Aunque el volumen total en el ciclo hidrológico permanece constante, la distribución
de esta agua, se está combinando continuamente en continentes, regiones y
cuencas locales de drenaje.
La hidrología de una región está determinado por sus patrones de clima
conjuntamente con la topografía, geología y la vegetación.
● Hidrología comparada como enfoque metodológico
ste concepto fue adoptado para
estudiar el carácter de los
procesos hidrológicos
influenciados por el clima, así
como por la naturaleza de la
superficie y la subsuperficie del
suelo. El énfasis se coloca en la
comprensión de las interacciones
entre la hidrología y el ecosistema.
Consideraciones:
● Concepto de Sistema:
Conjunto de partes conectadas entre sí que forman un todo, el ciclo
hidrológico puede tratarse como un sistema cuyas componentes son
precipitaciones, evaporación, infiltración, etc.
Para la mayor parte de los problemas prácticos, solo se consideran algunos
procesos del ciclo hidrológico en un determinado momento y en un
determinado lugar. Un sistema hidrológico, se define como una estructura o
volumen en el espacio, rodeada por una frontera. En hidrología existe
generalmente un mayor error de aproximación al aplicar leyes físicas, porque
los sistemas son grandes, complejos y puede implicar varios medios de
trabajo. Por lo tanto el análisis estadístico cumple un papel fundamental en el
análisis hidrológico.
● ECUACIONES PARA EL BALANCE HIDROLÓGICO
PREGUNTA DE PARCIAL
El objetivo central de la hidrología es el análisis e interpretación del funcionamiento del
ciclo hidrológico.Para poder establecer el balance hidrológico es imprescindible definir;
* la unidad hidrogeológica al que se le aplica
* el intervalo de tiempo que se considera
la unidad hidrogeológica suele ser la cuenca
siendo
P: PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL
ET: PRECIPITACIÓN MEDIA ANUAL
A: ESCURRIMIENTO
S: ALMACENAMIENTO SUPERFICIAL
H: ALMACENAMIENTO DE HUMEDAD EN EL SUELO
G: ALMACENAMIENTO DE HUMEDAD EN EL FREÁTICO
Gp: PÉRDIDAS DE AGUAS SUBTERRÁNEAS
As: FLUJO SUPERFICIAL
I: INFILTRACIÓN
● Hidrología y el medio ambiente
Los sistemas hidrológicos son ejemplos de sistemas de procesos-respuestas, es decir que
en ellos se establecen relaciones entre los procesos y las formas de que ellos se derivan.
Puede alcanzarse un cierto equilibrio dinámico a través del reajuste del sistema, lo cual
implica que se puede producir modificaciones irreversibles en el sistema o muy difíciles de
controlar. Esta propiedad se llama mecanismo de retroalimentación
**RETROALIMENTACIÓN NEGATIVA: BAJA CAPACIDAD DE INFILTRACIÓN, ALTO
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL, ALTA ESCORRENTÍA Y EROSIONES DE
VERTIENTES.
** RETROALIMENTACIÓN POSITIVA: AUMENTA EL CAUDAL PORQUE LA VELOCIDAD
ES ALTA, AL IGUAL QUE LA EROSIÓN Y EL ANCHO DEL CANAL.
•
FORMACION DE LAS PRECIPITACIONES(CICLONICAS-OROGRAFICASCONVECTIV)
UNIDAD 2
Mediciones hidrológicas: se realizan con el objetivo de cuantificar las variables
dominantes que intervienen en procesos hidrológicos y son esenciales en numerosos
proyectos ingenieriles referidos al control, aprovechamiento, preservación y gestión de los
recursos hídricos de un territorio.
La precipitación puede considerarse como una variable aleatoria en función del espacio y
del tiempo. Resulta por lo tanto válido asignar a los caudales, niveles hidrométricos y
demás variables relacionadas con la precipitación, el carácter de variables aleatorias.
Nos permiten realizar estadísticas a partir de las cuales podemos definir parámetros de
diseño y cuantificar la incertidumbre o acotarla.
-Parámetros importantes que medir, para poder determinar la probabilidad de ocurrencia
de un caudal o de un evento de precipitación, nos permite interferir en el riesgo.
Medición de Caudales: nos permite asignar a las obras las dimensiones para el control y
regulación de flujo hídrico.
Medición de Precipitaciones: Son el origen o la entrada de cualquier modelo.
Gracias a los avances tecnológicos se nos permite recolectar un gran volumen de
información y poder transmitirlo.
Percepción: un sensor es un instrumento que convierte la intensidad del fenómeno en una
señal observable. Puede ser: directa los cuales miden directamente el fenómeno
(pluviómetro); Indirectos son aquellos que miden variable asociada al fenómeno.
Registro: se utiliza para preservar la señal
producida por un sensor. Puede ser de manera
manual o automática.
Transmisión: transferencia de un registro desde
el sitio de relevamiento hasta hasta el lugar de
procesamiento de la información.
Traducción: conversión de un registro en su
formato original obtenida en campo a uno digital.
Edición: verificación y corrección de posibles
errores.
Almacenamiento: la información editada se
almacena en bases de datos las cuales contienen
datos hidrológicos ordenados.
Recuperación: que sea posible de recuperar por
los usuarios.
MEDICIÓN DE AGUA ATMOSFÉRICA
-Humedad atmosférica
En la alta atmósfera mediante radiosonda, la cual consiste en un globo lleno de helio, el
cual incorpora el instrumental de registro de la temperatura, humedad y presión de aire.
Cerca de la superficie se miden en estaciones climáticas equipadas termómetros de
temperatura máxima y mínima e higrómetros para medir humedad.
-Lluvia: se realizan mediciones puntuales.
Mediante instrumentos sin dispositivos de registro, pluviómetros que miden la altura total
de la lluvia caída durante un período.
Mediante instrumentos con dispositivos con registro, Pluviógrafo se utilizan con el objetivo
de medir la evaluación temporal de la altura de lluvia acumulada caida durante una
determinada tormenta. Existen 3 tipos de pluviógrafos
- De cubeta basculante: 2 depósitos idénticos que se auto posicionan de forma alternadas
debajo de un tubo de alimentación.
-De flotador: un recipiente cilíndrico con un flotador. Cuando el agua llega a el nivel, un
sifón lo vacía.
-De balanza: útiles para registro de nieve, granizo o mezclas.
Las mediciones de un pluviógrafo se pueden construir en un pluviograma donde es posible
construir la curva de lámina o precipitación acumulada
MEDICIÓN DEL AGUA SUPERFICIAL
Sobre el agua superficial es interesante medir, entre otras, dos aspectos de los cursos o
cuerpos de agua:
A – El nivel Hidrométricos
B – El caudal (indirectamente a través de la medición de la velocidad)
NIVEL HIDROMÉTRICO: relevamiento de la cota de la superficie de agua respecto a una
referencia denominada cero hidrométrico. El valor de este último es esencial para
confrontar datos obtenidos con otros instrumentos. Debe ser determinado con precisión y
referenciado a los puntos fijos del IGM.
ESCALAS HIDROMÉTRICAS O LIMNIMETRO: Son reglas graduadas que se instalan
generalmente cerca de los márgenes de los ríos, adecuadamente separadas. No poseen
dispositivo de registro, por lo tanto, las mediciones del nivel hidrométrico efectúan
operadores que leen directamente en l escala el nivel que alcanza el agua y registran su
valor.
LIMNÍGRADO DE FLOTADOR
Está constituido por un flotador conectado a un cable o cinta de acero que se enrolla a una
polea de eje horizontal. Un contrapeso de dimensiones adecuadas asegura que se
encuentre en tensión. Las variaciones del nivel de agua son seguidas por la posición del
flotador y se transforman en proporcionales rotaciones de polea, las cuales pueden ser
registradas o convertidas en señales eléctricas para almacenarse o transmitirse. Pueden
ser utilizados para registrar el movimiento de la marea.
LIMNÍGRAFO CON SONDA A PRESIÓN
Determina el nivel de agua mediante un sensor que mide la presión hidrométrica de la
columna de agua, a través de una célula de presión y la convierte en una señal eléctrica.
Puede ser utilizado en aguas subterráneas.
LIMNÍGRAFO NEUMÁTICO
Mide el nivel de agua suministrando en forma continua una corriente de aire a una cierta
profundidad en el agua mediante un compresor. Mide la presión mínima a entregar con un
compresor para que el aire un gas emerja a la superficie.
PROFUNDIDAD: relevamiento de la cota de la superficie del agua respecto al fondo del
curso, en el mismo punto donde se realiza la medición.
SONDAS RÍGIDAS Y SONDAS FLEXIBLES: Las primeras son tipo reglas, se utilizan en
bajas profundidad (máx. 1 mtr) en las cuales es posible efectuar el vadeo para realizar las
mediciones en distintas verticales predeterminadas.
Las sondas flexibles son un cable metálico con un peso en su extremo, al introducirlas se
forma una catenaria, que deberá ser corregida en función del ángulo que forma el cable
con la vertical y una constante K. Se mide primero H1 y luego H total. Cable carril.
ECOSONDAS: es el instrumento más moderno y es el único que puede ser empleados
para grandes profundidades marinas y para el relevamiento continuo de los niveles de
fondo en extensos tramos de ríos y embalses. Tiene un sensor emisor-receptor de señales
ultrasónicas, las señales emitidas se propagan en el agua y una vez reflejada por el fondo
son registradas por el receptor. Conocida la velocidad del sonido en el agua y
cronometrando el tiempo es fácil conocer H. El factor más sensible es c (velocidad del
sonido, que es aprox. 1400 m/s) para las distintas condiciones del fluido. h=0,5.c.T
VELOCIDAD DE LA CORRIENTE HÍDRICA
Las mediciones puntuales de velocidad pueden realizarse utilizando molinetes
hidrométricos (tienen una hélice, se los pone en acción con la corriente hídrica ésta es
proporcional a la velocidad de flujo que la embiste). Aparatos más antiguos miden en
función de la cantidad de n° de
giros de las hélices.
Las mediciones se efectúan en
distintas profundidades en
verticales ubicadas a lo largo de
la sección transversal normal del
eje del canal.
La distribución de velocidades en
los diferentes verticales de la
sección puede ser representado
de esta manera. Realizando la
interpolación de los valores
puntuales medidos a diferentes
profundidades pueden representarse los isotocas(líneas que unen puntos de la misma
velocidad)
CAUDAL
La cantidad de agua que pasa por una determinada sección en un determinado instante de
tiempo, se define como caudal. Este se mide en forma indirecta a través del nivel del pelo
de agua en la sección y la velocidad del flujo.
ESTIMACIÓN DE CAUDALES MEDIANTE ESTRUCTURAS HIDRÁULICAS: se pueden realizar
mediciones de estructuras calibradas como vertederos, orificios. El caudal en estos casos se
determina con la ecuación de la estructura del tipo:
ESTIMACIÓN INDIRECTA- MÉTODO “PENDIENTE-ÁREA”: se usa generalmente para estimar
los caudales de pico que han pasado por una determinada sección en una creciente. Se debe
considerar que la estimación será más precisa si se dan las siguientes ocasiones:
-Tramos de ríos rectilíneos parcialmente convergentes
-Propiedades geométricas e hidráulicas uniformes
En las secciones se determina el área de cada una y la pendiente del curso de agua. Se estima
el coeficiente de Manning y se calcula la velocidad:
MÉTODO ULTRASONICO: el principio de funcionamiento está basado en un transductor de
ultrasonido que transmite un impulso hacia la superficie a medir (superficie de pelo de agua) y
releva el eco reflejado resultante. El tiempo más concurrido entre el impulso transmitido y el eco
recibido se convierte en una distancia.
El sensor debe ser compensado en relación a la temperatura. Para medir la velocidad se
necesitan 2 transductores (que emiten ondas acústicas) y dos receptores que las reciban y un
procesador digital que analiza y elabora el tiempo de transmisión y recepción.
MÉTODO DOPPLER:
SISTEMAS DE MONITOREO AUTOMÁTICO: se utilizan para la adquisición y transmisión a
distancia de los datos hidrometeorológicos registrados por instrumentos de medición localizados
en campo. Tales sistemas están constituidos por estaciones remotas equipadas con sensores
que efectúan las mediciones estas son adquiridas y transmitidas a una estación que recibe
datos y los procesa utilizando un software de gestión. Estos sistemas sirven para predecir
crecidas en tiempo real y realizar alertas temporales de inundaciones.
REDES DE MEDICIÓN: los datos hidrológicos e hidrometeorológicos constituyen la base
fundamental de información destinada al desarrollo y crecimiento de los recursos hídricos de
una cuenca, una región o un país. Los registros de eventos naturales son series de tiempo
irrepetibles en la naturaleza.
El objeto de las redes de monitoreo hidrometeorológicas es obtener una muestra representativa
en espacio y tiempo de una variable determinada.
La red mínima es la red básica que se debe tener para evitar errores importantes en el
desarrollo y ordenación de los recursos hídricos. Esta red mínima o básica proporciona las
características generales de la precipitación y otra variables y ayuda a establecer su eventual
densificación en función de necesidades reales que permiten llegar a una red óptima.
CRITERIOS DE DISEÑO: una vez fijados los objetivos de la red y analizados los datos de
estaciones preexistentes, se deberá analizar todas las consideraciones de tipo geográficos,
hidrológicos, geológicos, climáticos y socio-económicos que influenciaran en una nueva red.
Es importante definir el objetivo de la red y la escala de trabajo según el alcance de esta, porque
ello establece diferencias fundamentales a la hora de elaborar el diseño.Así se puede definir
-una red básica para información general, evaluación de recursos y balance hidrológico.
-una red operativa con fines específicos de pronósticos de volúmenes o pronósticos de niveles y
caudales.
Lo primero es determinar cuántos puntos de medición se requieren y segundo donde se deben
localizar las estaciones. Se deberá ajustar el costo con la financiación disponible, previniendo la
densificación en etapas, estaciones primarias y secundarias.
RED HIDROMÉTRICA ÓPTIMA: tiene un diseño lineal siguiendo el concepto dendrítico de
la cuenca y/o lineal de un río. Los criterios de la OMM en relación con las condiciones
geográficas e hidrológicas prevalentes catalogan las regiones en
-Regiones planas }
-Regiones montañosas} en zonas tropicales, mediterráneas
-Regiones ácidas y polares
Sin embargo, el criterio fundamental está relacionado con necesidades reales de controlar
los procesos que suceden en la cuenca mediante modelos en tiempo real, donde se usan
mediciones en puntos estratégicos para la calibración y posterior operación del modelo.
REDES PLUVIOMÉTRICAS
PROCESAMIENTO DE DATOS DE LLUVIA
COMPLETAMIENTO DE DATOS FALTANTES
-MÉTODO DIRECTO Y MÉTODO DE INTERPOLACIÓN REGIONAL
DETERMINACIÓN DE LA PRECIPITACIÓN MEDIA SOBRE UN ÁREA
MÉTODO DE THIESSEN:
Mediante los polígonos de Thiessen se pueden determinar las áreas de influencia. Los
polígonos se materializan conectando las estaciones adyacentes con líneas rectas y trazando
bisectores perpendiculares a cada línea de conexión. El polígono formado por los bisectores
perpendiculares alrededor de una estación Ei contiene un área Ai que es siempre la más
cercana. Por lo tanto, se asume que las precipitaciones medias en cada estación son
representativas de un área.
MÉTODO DE LAS ISOYETAS:
Las isoyetas brindan una idea más precisa de la distribución espacial de la lluvia.Como la
precipitación aumenta generalmente con la altitud, las isoyetas pueden materializarse de
modo tal que sigan aproximadamente las curvas de nivel.
ANÁLISIS DE CONSISTENCIA Y HOMOGENEIDAD DE LOS DATOS
MÉTODO DE DOBLE ACUMULACIONES (DOBLE MASAS)
Se aplica generalmente a datos de lluvia a niveles hídricos para estimar errores
sistemáticos. Se utiliza para analizar la consistencia de los datos de una estación por
comparación con los datos confiables de otra estación de referencia.
La comparación para un determinado período de tiempo, se efectúa representando en un
par de ejes coordenados ortogonales los puntos VHiae(x) (i-enpesimo valor acumulado
correspondiente a la serie de la estación confiable), VHiac (y) (enésimo valor acumulable
correspondiente a la serie de la estación Y).
-Si en el período considerado los valores
acumulados de la estación Y son
proporcionales a los valores acumulados de
la estación x de confianza, se obtiene una
recta cuya pendiente representa el
coeficiente de proporcionalidad. Esto indica
que habiendo adoptado a x como estación
de confianza los datos de Y son
consistentes.
- Los datos de la estación Y serás
inconsistentes si a partir de un determinado
momento se observa un cambio en la
pendiente de la recta. Se debe tener en
cuenta que los cambios de pendiente
formados por menos de 5 puntos no se consideran representativos. En caso contrario se
indican errores sistemáticos.
Los datos de la estación Y pueden ser corregidos utilizando la ecuación de la recta
formada por los valores anteriores al error, con dicha ecuación es posible calcular los
valores acumulados corregidos de Y. Sucesivamente es posible calcular uno de los Pi(y)
realizando el proceso inverso al de acumulación.
METODO TEST “U”: examina utilizando npumero de órdenes si dos muestras A y B
provienen de la misma población con respecto a la tendencia central.Debe ser aplicado a
muestras con números de datos N>4 y datos de asimetría positiva.
1) Juntar las muestras A y B identificando los valores de cada una y ordenando los valores
en modo creciente.
2)Definis para cada valor el correspondiente número de orden.
3) Calcular Ra y Ra, suma de los npumeros de orden asociados a las muestras A y B
respectivamente
4)Calcular los parámetros Ua y Ub
Ua= NaNb+0,5Na(Na+1)-Ra
Ub=NaNb+0,5Nb(Nb+1)-Rb
5)Determinar el parámetro Umin
6)Calcular la variable z del test
𝑧=
|𝑢 − 0,5𝑁𝑎𝑁𝑏|
√𝑁𝑎𝑁𝑎(𝑁𝑎 + 𝑁𝑏 + 1)
12
7)Definir el valor de Zα para un nivel de significancia de α=1%; 5% ó 10 % mediante tablas
de la variable tabulada de la Ley de Gauss
8) Efectuar la decisión del test
El test determina los eventuales cambios, pero no diferencia si los mismos son debido a
inconsistencias o no-homogeneidad. Las causas de dichos cambios deberán determinarse a
partir de comparaciones con otras estaciones mediante doble acumulaciones, investigando la
historia, etc
UNIDAD 3
DATOS HIDROMÉTRICOS
● Calidad, homogeneidad y consistencia de los datos
Los datos hidrológicos deben ser independientes, homogéneos y lo más representativos
posible de la población, en series de tiempo de fenómenos hidrológicos los datos faltantes
deben ser en lo posible rellenados por análisis de correlación o análisis regionales de datos
vecinos.
PARÁMETROS ESTADÍSTICOS
MEDIDAS DE DISPERSIÓN
Análisis de frecuencia
Periodo de retorno
El objetivo es determinar de una serie hidrológica, el periodo de retorno de un evento de
determinada magnitud. El tiempo de retorno o tiempo de frecuencia Tc de un evento de
una magnitud dada, es el tiempo promedio entre eventos que igualan o exceden esa
magnitud.
FÓRMULAS PRÁCTICAS EN HIDROLOGÍA
Distribución de Probabilidad
Prácticamente todas las distribuciones de variables aleatorias en hidrología son de naturaleza
empírica. Estas funciones tienen parámetros que deben ser estimados a partir de muestras.
Desde el punto de vista práctico en el diseño hidrológico estas funciones no se pueden derivar,
ya que son muy difícil de conocer y en todos los casos el diseño práctico se determina con
muestras de datos.
Distribución de variable discreta
Distribución de variables continuas
Se caracteriza porque F(x) es absolutamente continua, por consiguiente F(x) tiene
derivada. La derivada se denomina función de densidad de probabilidad y los valores de x
para los cuales F(x)>0 son el dominio de la variable aleatoria x.
La mayor parte de las variables en hidrología son continuas y se tratan como tales o se las
discretiza en función de determinados intervalos para obtener histogramas de frecuencia
relativa o absolutas. Ahora cuando se trate de valores extremos.
● Distribución Normal (GAUSS)
La práctica hidrológica indica que esta distribución ajusta razonablemente bien registros
extensos de lluvias anuales, descargas anuales en los ríos, etc. Por el contrario, para
lluvias y caudales medios mensuales no ajusta bien.
Distribución LogNormal de 3 parámetros (GALTON)
Es una distribución donde la variable x se reemplaza por su logaritmo Ln X siendo en este
caso su rango solo de valores positivos (x>0), lo cual en hidrología es una ventaja sobre la
normal.
Distribución Log Pearson III
Es una distribución muy usada en los EEUU para el cálculo de las series anuales (causes
máximos anuales). A diferencia de las ecuaciones de lognormal que usan logaritmos
naturales esta distribución logarítmica los logaritmos son de base 10.
Distribución general de los extremos (GEV)
LLUVIA DE DISEÑO
1. MÉTODO SHERMAN
2. MÉTODO DIT
3. MÉTODO DE BELL
4. MÉTODO DE RUHLE
5. MÉTODO DEVOTO
AGREGAR COSAS DE VIDEO DE BUPPO EN CASO DE SER NECESARIO
UNIDAD 4
● Cuencas Reales y Cuencas Vertientes
En general se desea conocer qué es lo que sucede con el agua continental en cualquiera
de sus 3 estados. Para ello es necesario conocer el área de estudio, para ello es necesario
definir la cuenca de estudio. Cada cuenca está separada por líneas divisorias de agua que
se traza en un plano con curvas de nivel, según las líneas de máxima altura que rodean la
cuenca. se define así la cuenca vertiente topográfica, que se puede definir la cuenca
vertiente real.
CUENCA VERTIENTE O CUENCA DE DRENAJE EN UN RÍO: Área limitada por el
contorno en el interior lo cual el agua que precipita corre por la su superficie, se concentra
y pasa por el punto determinado del cauce, por lo tanto el concepto de cuenca va asociado
a un punto o selección del mismo. Si nos referimos a toda la cuenca de un río el punto
sería la desembocadura o bien la confluencia entre un afluente del río principal.
● TRAZADO DE CUENCA
La cuenca vertiente funciona como un colector encargado de recoger lluvias y llevarlas
hacia la salida, en esta transformación ocurren pérdidas asociadas a las condiciones
climatológicas y a las características físicas. Lo que interesa es el volumen total evacuado
en la salida, así como la forma en que este volumen se reparte en el tiempo. La cuenca
vertiente se caracteriza por su morfología (forma, relieve, red de drenaje). la naturaleza del
suelo y a cubierta vegetal. La dificultad está en expresar esta influencia mediante
parámetros válidos que sean representativos de este modo de acción.
● FUENTES DE DATOS PARA LA DETERMINACIÓN DE CUENCAS
*Cartas IGN: cartas topográficas antecedentes con diferentes escalas
*Google Earth: Integra una base de datos de imágenes satelitales de diferentes resolución
con un modelo digital de elevaciones
● RED DE DRENAJE- ORDEN DE DRENAJE (HORTON-STRAHLER, SHREVE)DENSIDAD DE DRENAJE
HORTON-STRAHLER: Consiste en distribuir el número de orden a los canales de manera
-corrientes de 1° orden: pequeños canales
-cuando 2 cauces de igual orden n se juntan, se genera un cauce de orden n+1
-cuando 2 cauces de diferente orden se juntan, prevalece el de mayor orden
SHREVE: Se obtiene un árbol de bifurcación donde el orden o magnitud de un segmento
de corriente formado en una unión, es la suma de las magnitudes de los 2.
DENSIDAD DE DRENAJE: es un importante indicador de la forma del terreno y el grado
de erosión que puede tener la cuenca en función de los factores geológicos, de vegetación
y del tipo de suelo. Un buen mapa topográfico de una cuenca debe reflejar adecuadamente
la densidad del drenaje.
● ESCALAS DE TRABAJO EN ESTUDIO EN HIDROLOGÍA
Para el estudio y la determinación de los parámetros geomorfológicos se requiere de la
información de la topografía del uso del suelo y de la permeabilidad de la región en
estudio. Los planos para este análisis son en escalas de 1:25:000 hasta 1:100:000
dependiendo del objetivo de estudio y del tamaño de la cuenca en cuestión.
● PARÁMETROS GEOMORFOLÓGICOS BÁSICOS (ÁREA DE CUENCAPERÍMETRO DE CUENCA- ALTURA MAX, MIN Y DESNIVEL- ÍNDICE DE
CAPACIDAD Y RADIOS DE ELONGACIÓN)
*ÁREA DE CUENCA: La delimitación exacta de las cuencas se efectúa sobre los planos
correspondientes.
*PERÍMETRO: Sobre los mismos planos se mide el contorno de cada cuenca.
*ALTURA MÁXIMA, MÍNIMA Y DESNIVEL: Son un índice de la medida en que deben
elevarse las masas de aire para pasar sobre la cuenca. Son componentes metodológicos
muy importantes ya que pueden ayudar a definir procesos que se pueden dar en
tormentas, debido a la elevación de masa de aire.
*ÍNDICE DE COMPACIDAD: Una cuenca está definida por su contorno, que tiene una
forma determinada y encierra cierta área. Esta forma tendrá una gran influencia sobre la
configuración del hidrograma resultante de una lluvia dada. El índice utilizado para
representar esta característica es el coeficiente de compacidad de Gravelius que es igual a
la relación entre el perímetro de la cuenca y el perímetro de un círculo de igual área.
● CURVAS HIPSOMÉTRICAS- CURVA DE FRECUENCIAS ALTIMÉTRICAS- ALTITUD
*CURVA HIPSOMÉTRICA: Las áreas entre las curvas de nivel se determinan por
planimetría de los planos en escala adecuada. Esta curva se puede considerar una
especie de perfil de la cuenca que representa las áreas dominadas por encimas de cada
cota. Otra curva similar es la curva de frecuencias altimétricas o curva de distribución de
altitudes, que representa en un diagrama escalonado los porcentajes del área total de la
cuenca que se halla comprendido entre intervalos constantes de altitud.
*ALTITUD MEDIA: Dado que la precipitación es básicamente el resultado del ascenso y
enfriamiento de masas de aire, existe generalmente una correlación entre la misma y la
altitud media en cuencas de zonas montañosas. En consecuencia, la elevación media de
una cuenca sobre el nivel de mar es un indicador general de las cantidades de
precipitación.
● CARACTERÍSTICAS DEL CAUCE PRINCIPAL (LONGITUD- PENDIENTE MEDIAPENDIENTE PONDERADA- ÍNDICE DE PENDIENTE)
Características del cauce principal: Si bien no tiene influencia en cuanto a las
precipitaciones, tiene una gran influencia en lo que respecta a la forma del hidrograma. En
las fórmulas de tiempo de concentración en general depende el cauce.
-Longitud del cauce principal: Medición directa de la longitud del cauce. Para la elección
del mismo, se tiene en cuenta en cada caso, tanto la longitud del mismo como su desnivel,
buscando aquel curso que presente, en lo posible el máximo para ambos valores.
-Pendiente media del cauce principal: Se calcula directamente con la media aritmética,
considerando las elevaciones extremas
-Pendiente ponderada del cauce principal :(recta que compensa el perfil longitudinal).
Se grafica el perfil longitudinal del cauce principal trazando luego la recta de
compensación, cuya pendiente indica la ponderada del cauce.
-Índice de pendiente: El gradiente de pendiente tiene importancia en el comportamiento
hidráulico de la cuenca, incidiendo en el tiempo de concentración. Si se supone que la
superficie del terreno es sustituida por un poliedro, cada cara del mismo tiene una
pendiente que puede ser ponderada por el área correspondiente.
-Pendiente General del Terreno: Influyen en la manera en la que ascienden las masas de
aire, y evidentemente en la respuesta hidrológica de la cuenca. La determinación a través
de un método gráfico –analítico. Se coloca una cuadrícula ortogonal sobre la cuenca y se
cuentan el número de veces que cortan las curvas de nivel a la cuadrícula.
● TIEMPO DE CONCENTRACIÓN
Es el tiempo en que una partícula de agua tarda en llegar desde el punto más alejado de la
cuenca al punto de control. Para la determinación del mismo existen dos metodologías:
**MEDICIONES IN SITU
**FÓRMULAS EMPÍRICAS: La conveniente es usar más de una y saber para qué tipo de
cuenca fue modelada
● FÓRMULAS EMPÍRICAS MÁS COMUNES PARA EL CÁLCULO DEL TIEMPO DE
CONCENTRACIÓN
KIRPICH: desarrollada en siete en Tenesse de áreas comprendidas entre 0.0051 y 0.433
km2, con pendientes de los cauces de 3 a 10% (cuencas chicas)
Mediciones IN SITU
Definiendo, Tb al tiempo transcurrido en que llegan los componentes de escorrentía de una
tormenta conocida y el que dejan de actuar, Tc al tiempo de concentración, d a tiempo de
la tormenta, es posible inferir en el tiempo de concentración de la siguiente manera,
conforme a diferentes definiciones existentes.
Por otro lado está el tiempo de rasgo o conocido como Lag (Tr), que es utilizado por
diferentes modelos.
● SISTEMAS HIDROLÓGICOS TÍPICOS Y NO TÍPICOS
La Teoría Clásica europea se desarrolló en sectores con PENDIENTES APRECIABLES Y
CLIMAS HÚMEDOS, CON CUENCAS Y REDES DE EVACUACIÓN DEFINIDAS, el centro
de esfuerzo fue en interpretar la salida producida por una tormenta.
**SISTEMAS HIDROLÓGICOS TÍPICOS: La cuenca superficial es una porción del
territorio a partir de un punto geográfico ubicado sobre un curso de agua, denominado
salida o punto de cierre. Los límites se trazan siguiendo las líneas divisorias de agua,
partiendo del punto de cierre teniendo en cuenta que ningún flujo superficial puede
atravesar los límites. Dentro de la cuenca existe un colector constituido por cursos definido,
permanentes o temporarios, integrados en una red de almacenamiento convergente hacia
el punto de cierre. El rasgo dominante es un gradiente topográfico capaz de aportar
energía morfogenética y la energía hidrológica de las crecidas.
**SISTEMAS HIDROLÓGICOS NO TÍPICOS: Pluralidad de puntos de salida del area de
análisis. Fronteras indefinidas (zonas limítrofes que aparecen hacia adentro o hacia afuera
del sistema según las circunstancias). Ausencia de una red de cursos jerarquizados, ya
sea porque la estructura colectora está formada por cursos epidérmicos, porque diverge en
sentido del escurrimiento. El escurrimiento de estos sistemas es básicamente
bidimensional y difuso, no siempre hay flujo encausado y la acumulación es importante y
persistente, lo que da lugar a la evapotranspiración y la infiltración. En climas semi
húmedos y semiáridos, esto genera fluctuaciones importantes a nivel freático, provocando
la salinización de los suelos.
**SISTEMAS MIXTOS: Cuando coexisten elemento característicos de sistemas
hidrológicos típicos y no típicos, estableciendo formas mixtas de comportamiento en
proporciones tales que impiden hablar de predominio e invalidar la aplicación de una
porción binaria de la gama de alternativas, Tienen un punto de cierre único y valores
determinados de área, pendiente y coeficiente de escorrentía y refleja una gama de
comportamientos mixtos que justifica sus consideración por separado.
UNIDAD 5
INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA (SIG)
¿Qué es un SIG?: “En palabras habituales, un SIG es un conjunto de software y hardware
diseñado específicamente para la adquisición, mantenimiento y uso de datos cartográficos”
“Con lo anterior, una definición más precisa es decir que un SIG es un sistema que integra
tecnología informática, personas e información geográfica, y cuya principal función es
capturar, analizar, almacenar, editar y representar datos georreferenciados”
LOS 5 COMPONENTES CLÁSICOS DE UN SIG SON:
FUNDAMENTOS CARTOGRÁFICOS Y GEODÉSICOS
-INFORMACIÓN GEORREFERENCIADA: se encuentra localizada en el espacio terrestre,
son las coordenadas.
GEODESIA: Estudia la forma de la tierra, y provee las herramientas necesarias para tener
en cuenta la curvatura terrestre en grandes extensiones. PROYECCIONES
CARTOGRÁFICAS: permiten transformar las coordenadas sobre a superficie curva de a la
tierra en coordenadas sobre una superficie plana
-CONCEPTOS GEODÉSICOS BÁSICOS: La geodesia plantea modelos que permiten
simplificar la compleja forma terrestre. Para definir un modelo se deben tener los conceptos
de Elipsoide y Geoide.
LOS SISTEMAS DE COORDENADAS PUEDEN SER: coordenadas Geográficas que son
propias de la geometría esférica. Conceptos de Latitud y Longitud;
Proyecciones Cartográficas: tratan de situar los elementos de la superficie del elipsoide
sobre una superficie plana. Es la correspondencia matemática biunívoca entre los puntos
de una esfera o elipsoide y sus transformados en un plano.
TIPOS DE PROYECCIONES: se clasifican según la superficie sobre la que se proyectan
los puntos.
1) Cónicas. La superficie desarrollable es un cono que se sitúa generalmente tangente
o secante en dos paralelos a la superficie del elipsoide. Algunas de las proyecciones
más conocidas de este grupo son la proyección cónica equiárea de Albers y la
proyección conforme cónica de Lambert.
2) Cilíndricas. La superficie desarrollable es un cilindro. Al proyectar, los meridianos se
convierten en líneas paralelas, así como los paralelos, aunque la distancia entre
estos últimos no es constante. La proyección de Mercator, la transversa de
Mercator, la cilíndrica de Miller o la cilíndrica equiárea de Lambert son ejemplos
relativamente comunes de este tipo de proyecciones.
3) Planas o azimutales. La superficie desarrollable es directamente un plano
OTRO TIPO DE PROYECCIONES: Otra forma distinta de clasificar las proyecciones es
según las propiedades métricas que conserven. Toda proyección implica alguna distorsión
1) Equiárea. En este tipo de proyecciones se mantiene una escala constante. Es decir,
la relación entre un área terrestre y el área proyectada es la misma
independientemente de la localización, con lo que la representación proyectada
puede emplearse para comparar superficies.
2) Conformes. Estas proyecciones mantienen la forma de los objetos, ya que no
provocan distorsión de los ángulos. Los meridianos y los paralelos se cortan en la
proyección en ángulo recto, igual que sucede en la realidad. Su principal desventaja
es que introducen una gran distorsión en el tamaño, y objetos que aparecen
proyectados con un tamaño mucho mayor que otros pueden ser en la realidad
mucho menores que estos.
3) Equidistantes. En estas proyecciones se mantienen las distancias.
SISTEMA UTM
CODIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE REFERENCIA
Este esquema asocia a cada sistema de coordenadas un código (conocido como código
EPSG) que la identifica. Paralelamente, se han documentado en un formato común las
características principales de todos estos sistemas, así como las formulaciones que
permiten transformar coordenadas entre ellos. Esta información constituye el EPSG
geodetic parameter dataset [24], un repositorio de los parámetros necesarios para •
identificar coordenadas de tal modo que estas describan la posición de un punto de forma
inequívoca y no ambigua. • definir transformaciones y conversiones que permitan pasar de
un sistema de referencia a otro.
ESCALA: no es el mismo concepto utilizado en cartografía que para los SIG.
Cartografía: Es una relación entre una medida real y la representada cartográficamente. Ej:
1:50.000 es un cm del mapa 50.000 cm de la realidad (500 m). Esta es denominada
“Escala numérica”. SIG: en los SIG, la escala tiene mas que ver con el detalle en que se
han tomado los datos, mas que con la visualización de los mapas. “Resulta más preciso
hablar de la resolución de los datos que de escala, o en otras palabras el tamaño mínimo
cartografiado”
TIPOS DE ESCALAS
Escala Cartográfica: Es la relación entre el tamaño en mapa y la realdad.
Escala de análisis u operacional: que es la que define la utilidad de los datos y lo que
podemos hacer con ellos.
GENERALIZACIÓN DE UN SIG La mayor problemática se encuentra en el manejo de
datos con gran precisión y gran volumen.
El concepto de capa es vital para la idea actual de un SIG, permite este manejo simultáneo
de información a distintas escalas.
DATOS
Entendemos como dato al simple conjunto de valores o elementos que utilizamos para
representar algo. Por ejemplo, el código 502132N es un dato. Este código por sí mismo no
tiene un significado, y es necesario interpretarlo para que surja ese significado
MODELOS PARA LA INFORMACIÓN GEOGRÁFICA:
Desde los orígenes de los SIG, una de las preocupaciones principales ha sido la de
representar de la mejor manera posible toda la información que podemos extraer de una
zona geográfica dada, de tal modo que pueda almacenarse y analizarse en el entorno de
un SIG.
FUENTES PRINCIPALES DE DATOS ESPACIALES
UNIDAD 6
INFILTRACION Y EXCESO DE LLUVIA: la influencia del suelo en la hidrología se
visualiza en 2 aspectos complementarios del ciclo: la escorrentía y la infiltración. De la
naturaleza del suelo, de su textura, rugosidad, permeabilidades dependerán la magnitud de
cada proceso.
La infiltración es el proceso por el cual el agua penetra en los estratos del suelo, y se
mueve hasta alcanzar algún nivel freático. El agua primero satisface la deficiencia de
humedad del suelo y después los excedentes pasan a formar parte del agua subterránea
en profundidad y del escurrimiento de superficie.
FACTORES QUE INFLUYEN EN LA TASA DE INFILTRACIÓN:
-Condición de la superficie del suelo
-Cubierta vegetal
-Porosidad
-Contenido de Humedad etc
Los suelos a su vez, presentan una gran variabilidad espacial aún dentro de pequeñas áreas.
Como resultado de estas variaciones espaciales y las variaciones temporales de las
propiedades del suelo que ocurren a medida que cambia el contenido de humedad, la infiltración
es un proceso muy complejo que puede describirse mediante ecuaciones matemáticas
solamente de manera aproximada.
Tasa de infiltración “f” (mm/h o cm/h) Es la tasa a la cual el agua entra al suelo en la superficie.
Si el agua se encharca: Tasa de infiltración = Tasa de infiltración Potencial Si la tasa de
suministro de agua (lluvia ejemplo) es < a la tasa potencial de inf., la tasa de infiltración será < a
la potencial.
SE INTERPRETA A LA INFILTRACIÓN COMO UNA APROXIMACIÓN PRÁCTICA A LOS
FINES DE ESTIMAR UN VOLUMEN DE AGUA QUE NO TENDRÁ POR DESTINO EL
ESCURRIMIENTO SUPERFICIAL.
INFILTRACIÓN ACUMULADA (F): es la profundidad acumulada de agua infiltrada dentro de un
período dado y es igual a la integral de la tasa de infiltración en ese período.
(T) Es una variable auxiliar de tiempo.
El concepto de infiltración está asociado a un enfoque limitado, en el cual los procesos de
escurrimiento superficial prevalecen. Históricamente la hidrología fue separada o dividida en dos
campos independientes, SUPERFICIAL Y SUBTERRÁNEO, cuando en realidad estos están
estrechamente vinculados. Bajo este enfoque, el concepto de infiltración implica recortar el
sistema de estudio al nivel de la superficie topográfica, entendiendo al intercambio de flujo a
nivel de la zona no saturada como variables externas al problema en consideración.
ZONA NO SATURADA
Los flujos agua y vapor que se dan bajo la superficie atraviesan un medio permeable en el que
combinan una fase sólida (partículas de suelo), agua y aire, denominada zona no saturada. Esta
es una porción del terreno comprendida entre la superficie topográfica y la superficie
piezométrica (nivel de acuífero freático) y constituye a la zona de transición entre las fases
superficiales y subterráneas del ciclo hidrológico.
La infiltración como proceso de flujo es importante el estudio de la distribución de humedades
del perfil de suelo y del almacenamiento de humedad en la zona no saturada.
ECUACIÓN DE HORTON
Estudió la variación de la capacidad de infiltración en el tiempo para suelo saturado, tipo de
suelo y condiciones del mismo (con o sin vegetación).
Observó que la infiltración empieza en una tasa fo y decrece exponencialmente hasta que
alcanza una tasa constante fc.k es una cte de decaimiento
Hipótesis:
1 – La superficie pertenece encharcada
2 – La columna de suelo es Homogénea y semi-infinita
-Al comienzo de la tormenta, se saturan las capas superficiales del suelo, haciendo que el
gradiente de humedad sea positivo, la tasa de infiltración sea máxima(v) y con dirección vertical
descendente (v<0)
-Cuando las capas más profundas se van saturando, el gradiente de humedad va
desapareciendo y la tasa de infiltración tiende a un valor constante y equivalente a la
conductividad hidráulica saturada.
- Cuando la precipitación sexa por efecto de la evaporación las capas superiores del suelo se
van secando, el gradiente de humedad es negativo y puede compensar el término de la
conductividad hidráulica, tomando el flujo ascendente.
Este mecanismo básico es el que regula la dinámica de los flujos de humedad en la zona no
saturada.
ENSAYO DE INFILTRACIÓN
Precipitación Efectiva. Método del SCS (Soild Conservation Service)
Método de carácter empírico: apunta a determinar a partir de una precipitación conocida, la
magnitud de precipitación que escurre. La precipitación efectiva (Pe) es en función de:
- Precipitación Total - Humedad anterior del suelo - Complejos hidrológicos suelo - vegetación.
Complejos hidrológicos suelo- vegetación: se estudian con los efectos que producen las
diferentes humedades del suelo, las distintas clases de vegetación, los usos y tratamiento de los
suelos y la acumulación de materia orgánica proveniente de vegetación menos, dando origen a
una clasificación de complejos hidrológicos “suelo-vegetación”.
Se confeccionó una tabla donde se consideran los tipos de suelos hidrológicos, el uso del suelo,
las clases de tratamiento, asignando a cada complejo hidrológico suelo-vegetación un número
relativo representativo del escurrimiento directo del complejo, este número varía entre 0 y 100.
E estos números relativos los llamaremos número de escurrimiento (CN) el cuál fue vinculado a
las condiciones de escurrimiento Cn.
Cuando la lluvia se propaga el suelo se satura
ESCURRIMIENTO DIRECTO- PRECIPITACIÓN EFECTIVA
La ecuación de Pe no resulta útil cuando a partir de un valor P>0 se verifica que Pe=0, esto se
pone en evidencia cuando existe un valor de almacenamiento de la cuenca que solo permite el
escurrimiento Pe a partir del momento en que esté satisfecho.
Si aceptamos que Ia representa la precipitación que ocurre antes de que comience el
escurrimiento, S incluye a Ia, de manera que resulta conveniente encontrar una relación
empírica entre Ia y S para simplificar.
CLASIFICACIÓN DE LOS SUELOS.
Premisas para su clasificación:
- La pendiente del terreno incrementa el potencial de escurrimiento.
- Suelos con características semejantes, responden en forma semejante al efecto de una
tormenta intensa.
- La clasificación se debe basar siempre en una misma técnica de medición.
- El criterio especialista es fundamental.
Tipo A: Suelos arenosos poco profundos. Suelos recién arados.
Tipo B: Suelos arenosos menos profundos
Tipo C: Suelos francos, franco – limosos.
Tipo D: Suelos compactos o arcillosos. Suelos rocosos o de montaña.
VALOR DE CN ESTIMADO CON IMÁGENES SATELITALES: esto de sebe hacer teniendo en
cuanta en ellas la cobertura vegetal y el uso del suelo. En el caso del apoyo a la estimación de
CN que resulta de importancia en el cálculo de escorrentía directa, resulta fundamental de
medida y el mapeo de la densidad de vegetación, para lo cual se utilizan dos índices: NDVI
(Normalized Difference Vegetation Index) y EVI (Enhanced Vegetation Index).
En el primer caso, los mapas de satélite muestran la densidad de vegetación y su tipo:
-valores bajos (NDVI <0,1): áread desprovistas de vegetación (rocas, nieves)
-Valores medios(0,2<NDVI<0,4) vegetación arbustiva de arbustos bajos
-valores altos (o,6<NDVI<0,8): vegetación densa y bosques o selvas tropicales.
UNIDAD 7
TRANSFORMACION LLUVIA CAUDAL
•
SISTEMA HIDROLOGICO GENERAL – SISTEMA LINEAL, CON T COMO VARIABLE
**SISTEMA HIDROLOGICO GENERAL: La ecuación de continuidad y la de función de
almacenamiento deben resolverse simultáneamente, de modo que los caudales Qe salientes del
sistema pueda evaluarse a partir de los caudales Qe entrantes al mismo.
La ecuación de
𝑑𝑣
𝑑𝑡
fue propuesta para representar un modelo matemático de un sistema hidrológico
general. Describe un sistema de transito hidrológico agregado, ya que incorpora derivadas con
respecto al tiempo y ninguna variable espacial. Muchos de los sistemas hidrológicos propuestos son
correspondientes del modelo general.
• FUNCIONES RESPUESTA EN SISTEMA LINEALES
La solución de la ecuación Qs(t)… para la función de trasferencia de sistemas hidrológicos sigue 2
principios básicos de los sistemas lineales
*Si una solución f(Q) se multiplica por una constante, la función resultante df(Q) también es
solución PROPORCIONALIDAD
* Si una solución f1(Q) y f2(Q) de una ecuación se suman, la función resultante f1+f2 también es
solución PRINCIPIO DE SUPERPOSICION.
La solución particular adoptada depende de la función de entrada M(D)I y de las condiciones
iniciales especificadas o valores de las variables de salida en t=0.
*RESPUESTA FUNCION IMPULSO
La respuesta de un sistema lineal se caracteriza únicamente por su función impulso.
Una entrada continua, puede tratarse como entradas infinitesimales. La entrada continua de agua
entre t y t+dt es Qe(t) dt. Ejemplo: si Qe(t) representa la lluvia en mm/min y dt un intervalo de
tiempo, entonces Qe(t) dt es la entrada de lluvia durante un dt. Entonces el escurrimiento directo en
un tiempo posterior (t-dt) es: Qe(t) x u(t-dτ).dτ. La respuesta a la función de entrada Qe(τ) es a la
integral de los impulsos.
*RESPUESTA FUNCION DE PASO UNITARIO
Es la respuesta a una entrada unitaria que pasa de un valor 0 a un valor 1 y continua
indefinidamente con este último valor.
*RESPUESTA FUNCION DE PULSO
Es la respuesta una entrada unitaria, que ocurre con una duración ∆t. La entrada es Qe (T)=1/∆t
para 0≤T≤∆t y 0 en cualquier otro lugar. La función de pulso unitario producido por esta entrada,
puede encontrase empleando los principios de sistema lineales.
•
HIDROGRAMA: Es la representación grafica del caudal Q o volumen de agua que pasa por
una sección en determinado tiempo T. En el hidrograma se puede distinguir varios
componentes.
**Componentes
✓ Caudal o escorrentía directa Qd: aquella parte de la creciente que escurre inmediatamente
como escorrentía superficial por el efecto de la lluvia neta o efectiva.
✓ Caudal o flujo Base, Qb: caudal de un cauce que se debe al aporte de aguas subterráneas
o a las precipitaciones que se infiltran.
✓ Tiempo de retraso, Tr: tiempo que trascurre entre el centro de gravedad del hidrograma de
la lluvia y el centro de gravedad del hidrograma de la creciente
✓ Tiempo de concentración Tc: tiempo que trascurre para que la partícula de agua, llegue
desde el punto mas alejado a la sección de control.
✓ Tiempo del Pico, Tp: tiempo comprendido entre el inicio de la creciente y el Q escurrimiento
✓ Tiempo base (duración de la crecida)
✓ Precipitación efectiva: porción de la precipitación que produce escorrentía superficial
✓ Precipitación total
✓ Pérdidas Ia: aquellas partes de la precipitación que no aportan a la formación de escorrentía
superficial.
✓ Caudal máximo o caudal pico: pico del histograma
✓ Curva ascendente o de concentración: línea del histograma posterior al caudal máximo. Se
da cuando la lluvia ha terminado o disminuye la intensidad.
✓ Curva de recesión 𝑄𝑡=𝑄0𝑒−𝐾𝑡
Esta curva tiene un punto de inflexión, en donde se observa el verdadero inicio del momento en
donde cesa el ingreso de escorrentía.
•
MODELO EMBALSE LINEAL
El hidrograma unitario instantáneo (HUI) se puede convertir en un hidrograma unitario (HU) de
duración finita por superposición de varios HU iniciados a iguales subíndices de un intervalo igual a
la duración total To.
•
MODELO CONCEPTUAL DE NASH
•
HIDROGRAMA UNITARIO - HIDROGRAMA UNITARIO DE DURACION T
PRINCIPIOS BASICOS (LINEALIDAD – SUPERPOSICION)
El HU perfecto NO EXISTE (no se cumplen las hipótesis mencionadas)
***Consideraciones:
1 –Las lluvias intensas y cortas producen mayor escorrentía directa. Picos más Pronunciados,
reducen el Tc.
2 – Las HU producidos por lluvias de larga duración son más anchos y suaves que los de
tormentas cortas e intensas.
3 –La distribución de la lluvia en la cuenca tiene influencia en la forma del Hidrograma, si la lluvia
mas intensa esta en la parte mas alejada del punto de concentración, la curva ascendente será
mas suave y el valor del pico menor que si la tormenta se ubica en la parte mas baja.
4 –Tormentas que van de lo más alto a lo más baja, suelen producir picos más altos.
***Limitaciones:
1 –La lluvia se supone uniforme sobre la cuenca, por lo que el tamaño de la misma deberá ser
acorde a esta hipótesis
2 –Solo aplicable a cuencas pluviales
3 –Muchas veces los registros no coinciden con el cierre de la cuenca. Utilizar HU sintéticos con
modelos de tránsito de crecidas.
***Datos Necesarios para la determinación de HU de duración T
1 –Registros de los caudales de las crecientes
2 –Registros de las lluvias que produjeron las crecidas
3 –Datos de caudales base medidos luego de largos períodos sin lluvia
El Hidrograma no solo refleja las características de la cuenca, si no también de la tormenta y en
base a esto el HU debe definirse como promedio de varias observaciones.
•
DEDUCCION HIDROGRAMA UNITARIO HU
• HIDROGRAMA UNITARIO APLICACIÓN
El HU permite determinar la escorrentía directa a partir de una precipitación dada. Se calcula la
Pe, el intervalo de tiempo para definir el hietograma, debe coincidir con el determinado para el
hidrograma.
• HIDROGRAMA SINTETICO UNITARIO
Se basa en la selección de un determinado número de parámetros que definen el hidrograma
unitario y la posterior selección de un determinado número de características físicas de la cuenca.
Dichos parámetros son posteriormente correlacionados por las correspondientes características
físicas de la cuenca.
HIDROGRAMA UNITARIO SINTÉTICO DE SNYDERUNIDAD – DETERMINACION DE Cp y Ct A
PARTIR DE UNA CUENCA AFORADA Y APLICACIÓN DE Cp Y Ct A UNA CUENCA NO AFORADA
Es necesario controlar que se satisfaga la continuidad en términos de volumen: se debe verificar
que el volumen correspondiente al histograma unitario.
•
HIDROGRAMA UNITARIO SINTÉTICO ADIMENSIONAL DEL SCS
•
HIDROGRAMA UNITARIO SINTÉTICO DE CLACK
Esquematiza la respuesta de la cuenca como un proceso de traslación seguido de uno de difusión
(almacenamiento en la cuenca). Primero se realiza la traslación hasta la sección de control
(producido por la lluvia neta unitaria), y posteriormente se incorpora la difusión a través de un
elemento ficticio de almacenamiento lineal (un embalse)
Primero se realiza la traslación del flujo, producido por una lluvia neta unitaria hasta la selección de
control. Posteriormente, se incorpora la difusión mediante la propagación del ciclo hidrograma a
través de un elemento practico de almacenamiento lineal posicionado a la salida de la cuenca
(embalse).
Para una precipitación P de duración t=tn la curva muestra cual es el área que contribuirá a la
máxima descarga en la salida. La curva tiempo-área-concentración TAC es la derivada del la curva
tiempo-área y puede ser representada en forma discreta.
•
COEFICIENTE LINEAL K DE EMBALSE LINEAL
Si existen datos de hidrogramas de salida para la cuenca, el valor de K puede ser estimado,
planteando la separación entre el escurrimiento y el subterráneo. El punto de inflexión de la
rama descendente del hidrograma indica el tiempo t en el cual determinan los caudales de
escurrimiento derecho. Desde ese punto en adelante comienza la curva de agotamiento
donde los caudales son nulos. Ahora, si no existe dichos medios, el valor de K puede ser
estimado utilizando relaciones que vinculan la morfología de la cuenca, ya se de forma
directa a través del tiempo de concentración
•
MÉTODO RACIONAL
Se utiliza solo cuando lo que se desea obtener es el caudal pico. Aplicable en cuencas de menos
de 2 Km2. Cuando se quieren obtener solo los caudales máximos que pasan por estructuras como
un puente o alcantarillas, se pueden calcular haciendo uso de la forma racional. Es útil en cuncas
pequeñas menores a 200 km², este límite está dado por las características de las lluvias intensas
en la zona y debe ser tanta, que la lluvia puntual se pueda considerar uniformemente distribuida en
el área.
Es muy frecuente trabajar con áreas no uniformes, estos casos se debe sacar un valor promedio
ponderado de C, en función del área. La duración de la lluvia debe elegirse igual que el tiempo de
concentración de la cuenca para maximizar el caudal de diseño. La duración esta relacionada con
la tormenta de diseño que tiene en cuneta la duración, la intensidad y la frecuencia Tr.
La intensidad de la lluvia se puede seleccionar en base a estudios o referencias locales y en caso
de contar con curvas IDF para la región, se debe seleccionar para un determinado tiempo de
retorno la intensidad que corresponda a una duración de la lluvia igual al tiempo de concentración
de la cuenca. Esto surge de considerar que la descarga mayor en una cuenca para una
determinada intensidad de lluvia, se produce cuando la duración de la precipitación es igual al
tiempo de concentración de la cuenca. A tiempos menores las descargas son menores y a tiempos
mayores, la descarga se mantiene en el valor máximo instantáneo, lo que aumenta es el volumen
escurrido.
RESUMEN
HIDROLOGIA
2DA PARTE
2020 COBIRCHI
UNIDAD 8: TRÁNSITO DE ONDAS DE CRECIDA
EN CAUDALES
TRANSFORMACIÓN LLUVIA - CAUDAL
Modelos de Tránsito de Ondas de Crecidas en Ríos: Tránsito sobre un Río. Predecir la
variación Temporal de un Hidrograma cuando se transita por un Río (Volumen de
Control).
Cuando se produce una traslación de una onda crecida lo que vemos es un efecto de
retardo y amortiguado, en el hidrograma de salida lo que sería un efecto de Embalse y
un efecto de resistencia esto genera un cambio en el hidrograma, como se muestra en
la figura. Generando un hidrograma de entrada en el cauce y un hidrograma de salida
del cauce, En un determinado instante de tiempo tendremos un caudal que ingresa y en
un instante de tiempo tendremos un caudal que egresa en donde la diferencia entre
estos caudales no es cero, ya que hay un volumen de agua que tiene que quedar
almacenado.
Modelos Hidrológicos: tiene que ver con las ecuaciones de continuidad, es decir la variación
de variación en el almacenamiento es igual a la diferencia entre la entrada y la salida y Efecto
Embalse
Método de Muskingum: Involucra el método de almacenamiento de Prisma - Cuña, relaciona dos
parámetros.
El flujo base del curso, antes de que venga la crecida, está dado por un almacenamiento tipo prisma,
cuando ingresa el hidrograma de crecida dentro del trama, la diferencia entre el caudal entrante y el
caudal saliente está dado por un almacenamiento tipo cuña.
Determinación de K (es el traslado, m que va a ser la pendiente de la relación entre los ingresos y
egresos de caudal)
1. Intervalo entre puntos similares de los hidrogramas de entrada y salida
2. Intervalo medido entre los dos centroides.
3. Tiempo entre los picos de los hidrogramas
Estimado K, X se determina por prueba y error. Se asume X, se calcula el Hidrograma de Salida y se lo
compara con el aforo. Otra forma es a través de la velocidad de onda creciente. Esta Vw, puede
estimarse a partir de relaciones empíricas respecto de la Vm, calculada por Manning. En canales se
aconseja usar 1.5.
Método de Muskingum - Cunge: Método menos Empírico, y de carácter Físico.
Otros Métodos
Método de Puls Modificado: desarrollado para embalses de sup. Horizontal
Método W.R.D: supone una serie de embalses cuya superficie varía en cuña
Método del Tirante Normal Supone: una serie de embalses cuya superficie varía en cuña
SELECCIÓN DEL MÉTODO
TRÁNSITO DE CRECIDAS
MÉTODOS HIDRÁULICOS: Se basan en la solución de las ecuaciones de Saint – Venant de
conservación de la masa y cantidad de movimiento. El avance computacional permitió la utilización de
las mismas como método de tránsito de crecidas.
Principio de Conservación de la Masa: Q1 ≠ Q2
Además, si existe una variación temporal en el tirante, también varía el volumen de agua en el tramo.
Como el agua se considera incompresible, la diferencia Q2-Q1 es igual a V-V1, con signo contrario. Es
decir que si Q2 es mayor a Q1, se logra a expensas de una pérdida de volumen
Simplificando Dx
CONSERVACIÓN DE ENERGÍA
Ec. De Saint - Venant: Si se tiene en cuenta la pérdida de energía, y se reemplaza el término de
presión por el tirante, asumiendo que la distribución de presiones es la hidrostática:
UNIDAD 9: HIDRÁULICA FLUVIAL
La hidráulica fluvial estudia la intervención del hombre sobre los ríos, ya sea para la
adecuación al sistema de aprovechamiento del recurso hídrico, la disminución de riesgos de
daños por inundación, o bien por la intersección del río con una obra de infraestructura.
Un río mantiene un flujo bifásico de agua y sedimento (procedente del cauce de la cuenca) en
el cual, si no existen cambios espaciales o temporales, simplemente el río aporta una cierta
cantidad de ambas fases.
La hidráulica fluvial intenta ser una herramienta para el ingeniero en la cuantificación de los
cambios en la fase sedimento, que le permitan dar solución a problemas tales como
entarquinamiento y pérdida de capacidad de embalse, explotación de áridos admisibles o
variaciones en la cota de fondo, las cuales suelen ser más graves para obras sedimentadas en
el río o cerca del mismo.
Al poseer un fondo móvil, el régimen fluvial de un río puede adaptarse a las altas velocidades
de erosión mediante una sucesión de régimen lento y rápido. Existe una resistencia al flujo
dada por el tamaño del grano del material que compone el lecho, al que debe agregarse una
rugosidad debido a la forma del lecho.
CUENCA HIDROGRÁFICA
**color verde, cause primario...
y así hasta
llegar al orden 5to.
PARTES DE UN SISTEMA FLUVIAL
En la cuenca superior se
encuentran los cursos de
orden más pequeño,
tienen mayor pendiente y
se producen las mayores
velocidades. Luego viene
el curso medio, ya hay un
curso de agua más
definido, las pendientes
son mucho más suaves y
finalmente llega el tramo
inferior donde se
encuentra la
desembocadura, las pendientes son super bajas al igual que las velocidades, se
produce la sedimentación y a causa de esto los ríos son muchos más anchos, se
produce un curso difuso llegando a la desembocadura.
De modo resumen, se presenta un gráfico donde se observa la variación de las
variables a lo largo de un sistema fluvial. En las abscisas tenemos el área de drenaje
que a medida que este aumenta las pendientes van disminuyendo al igual que el
tamaño de sedimento. También se observa que el caudal característico aumenta,
porque aumenta el orden del cauce y así vamos viendo como la profundidad de cause,
velocidad aumenta lenta y progresivamente. manteniéndose constante en ciertos
lugares del curso del río.
FISIOGRAFÍA A LO LARGO DE UN SISTEMA FLUVIAL
En las corrientes de orden 1 se observa que los cauces son bien rectilíneos, con
pendientes altas, una velocidad típica moderada o alta y los tamaños de los
sedimentos son bastantes grandes, producto que la zona es rocosa; las partículas más
finas siguen el curso, producto de la pendiente. En las corrientes de orden 2 a 4, ya el
cauce toma curvatura y la velocidad va disminuyendo con el tamaño del sedimento a
comparación de la corriente anterior, además al comenzar la llanura esto da lugar al
ensanchamiento del río. Cuando llegamos al orden 5 a 10 ya el río tomó una anchura
bastante pronunciada, las pendientes son muy bajas, hay mucha deposición de
material, la velocidad típica y los sedimentos son muy pequeños a comparación del
resto.
TRANSPORTE DE SEDIMENTOS EN RÍOS
En suspensión: puede representar el 90% o más de todo el transporte sólido de un rio y
dentro de este, la carga de lavado o foránea puede ser la más importante. La carga de lavado
está relacionada a las características hidrológicas de la cuenca: tipos de suelo y coberturas,
topografía, precipitaciones, etc. El material en suspensión tiene gran repercusión en la
desembocadura de un sistema fluvial, formación de deltas y colmatación de embalses.
De fondo: tiene la mayor repercusión sobre el río mismo, ya que causa sus modificaciones y
es por ello el interés en la hidráulica fluvial. El transporte de fondo (material del cauce) está
relacionado a las características del cauce: ancho, pendiente, granulometría, caudal, etc.
La separación de transporte de fondo a suspensión no es abrupta en la naturaleza, es decir, no
existe un límite exacto, pero si se cuenta con criterios empíricos que permiten tener una idea
del fenómeno en función de la relación entre la velocidad de caída de las partículas ω con la
velocidad característica cerca del fondo Vc.
Criterio de Raudkin para la separación de modos de transporte de sedimentos
Los materiales
que componen
los lechos de los
ríos pueden ser granulares o
cohesivos. Las modificaciones
del cauce de estos últimos son
más lentos debido a la mayor
resistencia a la erosión. Tras una erosión del fondo un lecho cohesivo puede restablecer su
cota original pero ya como material granular.
Una de las propiedades de mayor relevancia de las partículas de un lecho granular es el peso.
En general, los cauces naturales están formados por partículas de rocas y minerales cuya
densidad ρs tiene poca variación. Un valor medio adoptado es 2,65 o también la densidad
relativa respecto del agua ��/�=2,65. La densidad relativa sumergida, es una relación de
gran uso en la mecánica del transporte de sedimentos.
Debido a esta relación aproximadamente constante de los cauces naturales, la propiedad de
más importancia pasa a ser el tamaño, como representación del volumen de la partícula.
Existen diferentes definiciones para establecer el tamaño de una partícula, tales como:
diámetros de sedimentación, de tamiz, de caída, entre otros.
Uno de los diámetros más empleados es del D50, en términos estadísticos, es interesante
definir la varianza de una muestra.
Donde Dm es la media aritmética de los diámetros de la muestra, Di el diámetro
correspondiente a un porcentaje pasante Pi.
Los ríos de montaña están compuestos generalmente por una muestra de tamaños desde finos
a gruesos, el desvío estándar es σ > 3 y se dice que la granulometría es extendida o que el
material es bien graduado. Para los ríos de llanura, en cambio, σ < 3, la granulometría es
uniforme o que el material es mal graduado. Respecto a las propiedades de la mezcla bifásica
se destaca la concentración, la cual equivale a la relación entre volumen de sólidos con
volumen total de la mezcla, peso específico de la mezcla, viscosidad dinámica de la mezcla,
etc.
FUENTES DE SEDIMENTOS (NATURALES Y ARTIFICIALES)
PROPIEDADES DE LOS SEDIMENTOS
DENSIDAD- PESO ESPECÍFICO- PARTÍCULAS DE MINERALES DE CUARZO
MEDICIÓN INDIRECTA DEL VOLUMEN
FORMA DE PARTÍCULAS
ÍNDICE DE REDONDEZ
ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO
VELOCIDAD DE SEDIMENTOS DE LAS PARTÍCULAS
INICIACIÓN DEL MOVIMIENTO
Un lecho granular sometido a la acción de una corriente de agua, observará que en algún
momento una partícula es desplazada por la fuerza de arrastre del agua. Conocer en qué
condiciones ocurre este fenómeno, es el (problema) denominado inicio o umbral del
movimiento del fondo, el cual permite establecer el comienzo y la finalización del flujo bifásico.
● La acción del agua sobre el lecho puede caracterizarse por una tensión cortante
sobre el fondo τ0
● La resistencia de la partícula a ser movida puede relacionarse con su peso
sumergido, el cual es función del peso específico sumergido, y el diámetro D que
caracteriza el volumen de la partícula.
Con estas tres variables puede formarse el parámetro adimensional
adimensional
o tensión de corte
Esta relación compara la fuerza que tiende a producir el movimiento (acción de arrastre
proporcional a �0�2) con la fuerza que procura estabilizar o mantenerlo en reposo (acción del
peso proporcional a (��−�) �3)
Analizando el equilibrio de fuerzas en un tramo de cauce de longitud diferencial, en el sentido de
la corriente la componente del peso del volumen de control es contrarrestada por la fuerza de
rozamiento en su contorno.
Para un cauce prismático, el peso del líquido W es igual al producto del peso específico por el
volumen de control �= � � �� siendo A el área transversal del cauce. La componente en la
dirección del flujo ��=� �� ���� � Si el ángulo � es pequeño, entonces el ���� ≅���
≅�. Siendo S la pendiente del tramo del cauce analizado.
Por otro lado, existe una fuerza de fricción aplicada en todo el contorno del cauce que se opone
al escurrimiento y es �� � �� siendo p el perímetro mojado del cauce. Analizando el equilibrio
de ambas fuerzas:
�� � ��= � � � ��
Resolviendo
�� = � � �
Donde R es el radio hidráulico (A/p)
Para cauces muy anchos (B>20h) entonces
�� = � � �
La acción del agua sobre el fondo puede representarse también por una velocidad
característica denominada “velocidad de corte Vc”. Esta velocidad se define a partir de cómo
��
El parámetro adimensional
puede expresarse en términos de la velocidad de corte como
Esta última expresión tiene la estructura del número de Froude, Además, con la velocidad de
corte es posible definir otro parámetro adimensional denominado número de Reynolds granular
Rg
Es importante destacar que los flujos en la naturaleza son turbulentos y dependiendo del
espesor de la subcapa viscosa δ respecto del diámetro de las partículas del lecho D, el
movimiento podrá ser:
★ Turbulento de pared lisa
�>�
★ Turbulento de pared gruesa
�<�
El espesor nominal adimensional de la subcapa viscosa se puede
relacionar con el Rg como
DIAGRAMA DE SHIELDS
Muestra la relación entre los parámetros adimensionales y Rg. Por debajo de la curva existe
reposo mientras que los puntos por encima de la curva corresponden al movimiento
desarrollado. Este diagrama no es una relación determinística si no que existe una zona o
banda alrededor de la curva en la cual existe una alta probabilidad de inicio de movimiento. A
este valor del parámetro adimensional se lo llama tensión crítica τc. El número de Reynolds
granular refleja la relación entre las fuerzas de inercia y viscosas en el entorno de un grano, es
decir el grado de turbulencia. Al aumentar Rg el movimiento es más turbulento alrededor de la
partícula y la curva de Shields tiende a ser asintótica horizontalmente.
PASOS PARA DETERMINAR EL �* CRÍTICO
(R* número de reynolds crítico y V* es la velocidad de corte)
ACORAZAMIENTO
El acorazamiento es un proceso de erosión selectiva que suele darse en algunos ríos y
arroyos cuyo material de fondo tiene una granulometría graduada. En esas condiciones, el flujo
con el caudal formador, o próximo a él, estará en condiciones de transportar, arrancándole del
fondo, los materiales con una granulometría menor. Las partículas mayores, que no alcanzan a
ser transportadas, se quedan en el lugar formando en el fondo una capa donde solo se
encuentra predominantemente el material grueso. Mediante este proceso puede explicarse un
desplazamiento selectivo de las partículas más finas, de manera que un material originalmente
bien graduado sometido a un régimen permanente, al cabo de un tiempo presentará una
frecuencia mayor de gruesos en la superficie. A esta condición se la denomina como
acorazamiento del lecho.
Este fenómeno influye en la rugosidad del cauce ya que la superficie del fondo presenta
partículas de grano mayor. También influye en el inicio del movimiento del lecho ya que es
necesario primero destruir la coraza para poder mover en material más fino que hay debajo.
EQUILIBRIO DE FONDO: Al estudiar el equilibrio en el fondo de un lecho, Lane propone 4
variables
★
★
★
★
CAUDAL UNITARIO LÍQUIDO
CAUDAL UNITARIO SÓLIDO
PENDIENTE MEDIA DEL FONDO
DIÁMETRO DE LA PARTÍCULA
En base a estas 4 variables se da o no el equilibrio, es decir que la relación entre el
diámetro y el caudal sólido con el caudal líquido y la pendiente están equilibradas en la
balanza, el cauce se encuentra en equilibrio y no hay procesos de erosión o sedimentación
“LA ANALOGÍA DE LA BALANZA DE LANE ES UNA HERRAMIENTA MUY ÚTIL PARA
EL ESTUDIO DEL DESEQUILIBRIO DE UN RÍO EN PARTICULAR, POR CAUSA DE LA
INTERVENCIÓN HUMANA”
FORMAS DE FONDO
Cuando es superado en umbral de movimiento > �� el fondo de un río puede
presentar una configuración ondulada siguiendo las llamadas formas del fondo. Este
fenómeno tiene gran importancia porque participa en el transporte de sedimentos e
interviene en la resistencia del flujo (rugosidad). Las formas de fondo ocurren en
lechos de arena, mientras que en ríos de grava o de materiales gruesos y de
granulometría extendida se presentan en forma limitada o directamente no se
producen.
Al comenzar el movimiento en un lecho de arena e ir aumentando la velocidad se
presentan los siguientes
★ Rizos
Son pequeñas ondulaciones triangulares con
alturas máximas del orden de centímetros y
longitud de onda del orden de centímetros.
Solo aparecen con arena fina y su presencia
es un indicador de que el movimiento en el
fondo todavía no es turbulento ni rugoso. Se
presentan en situaciones de tasa de
transporte muy bajas (cuencas bajas) y en ríos
con tamaños de sedimentos < 0,6mm. Los
rizos migran hacia aguas abajo y son asimétricos
(pendientes suaves hacia aguas arriba y abruptas
hacia aguas abajo). No producen perturbaciones en
la superficie y pueden afectar la resistencia del flujo
en poca medida.
★ Dunas
Son ondulaciones también triangulares,
pero con taludes diferentes, el de aguas
arriba es muy suave y el de aguas abajo
es muy marcado. El tamaño de la duna
es un grado de magnitud mayor que el de
los rizos y además mantiene una
proporción con el tirante de agua. La
superficie libre se ondula suavemente en
oposición al fondo (descenso sobre la
cresta y ascenso sobre el valle) lo que
indica que el régimen hidráulico es lento.
Las dunas se desplazan hacia aguas
abajo por el avance de los granos sobre la
pendiente suave para quedar atrapados en
el valle o bien ser suspendidos dentro de la
masa líquida debido a la gran turbulencia de
estos sectores. Son las formas de fondo
más comunes de los ríos con fondos
arenosos, aunque también pueden presentarse en ríos con lechos de grava. Cuando
se aproximan mucho a la superficie libre generan movimiento en la superficie del pelo
y cambian completamente la condición del flujo. En la zona ascendente de la duna se
producen aumentos de velocidad con un descenso de pelo y un desprendimiento de
capa y un flujo rotacional que genera un proceso erosivo, afectando la resistencia del
flujo. Las longitudes de onda llegan hasta los 100m y las alturas pueden alcanzar 5m o
más. Se presentan en flujos subcríticos. Las dunas migran hacia aguas abajo.
★ Antidunas
Aumentando la velocidad de la
corriente, las dunas se alargan hasta ser
barridas, quedando el lecho plano. Con
una velocidad mayor, el lecho se ondula
en formas asimétricas llamadas
antidunas, cuya forma puede migrar
hacia aguas arriba a pesar de verificarse
un fuerte transporte de sedimentos
hacia aguas abajo. La superficie libre
presenta una fuerte ondulación en
correspondencia con el fondo, lo que indica que
el flujo hidráulico es rápido. La evolución de este
régimen conduce a la aparición de crestas de
espuma y finalmente resaltos hidráulicos.
Ocurren en ríos con flujos asociados a números
de Froude altos, aunque no necesariamente supercríticos. Se presentan en ríos con
lechos tanto de arena como de grava. En ocasiones se añade a la clasificación una
denominada “rápidos y pozos” que es el punto final de la evolución y se producen en
ríos de gran pendiente. Este hecho sugiere que el régimen rápido no ocurre en forma
estable y prolongada dado que el fondo es deformable y movible.
Existen diversos criterios para deducir las formas de fondo de un lecho granular, uno
muy simple emplea las mismas variables adimensionales que el diagrama de Shields,
con lo que resulta un área distinta para cada forma por encima de la curva de inicio de
movimiento.
CAUDAL SÓLIDO
El caudal sólido de un río está constituido por el material arrastrado por la corriente
de agua. El arrastre del material sólido se da en tres modalidades, en función de la
dimensión de las partículas, de la densidad de las mismas, y de la velocidad del flujo.
Transporte sólido en suspensión.
FORMAS DE EXPRESARLO
1- Volumen neto: es la definición de caudal sólido
2 – Volumen Bruto: incluye los huecos. Si l es el índice de huecos, el volumen bruto
es 1 1−l veces el volumen neto. l = 0.25 + 0.14 (D50)^-0.2
3 – En peso seco: cuya relación con el volumen neto es el peso específico (2650
kg/m3 )
4 – En peso sumergido: cuya relación con el volumen neto es el peso específico
sumergido (1650 kg/m3 )
A la izquierda se observa el perfil de velocidades, mientras que a la derecha el perfil
de concentraciones de sedimentos, donde para una determinada cantidad de flujo se
puede considerar una porción de sedimento.
¿Para qué se estudia el transporte de sedimentos?
Qss caudal sólido en suspensión, Qsb caudal sólido de bet y Qsl caudal sólido de
lavado
Formulación general, en forma adimensional y parámetros adimensionales.
ESTIMACIÓN DEL TRANSPORTE
(FORMULACIONES PARA LA ESTIMACIÓN DE CAUDAL SÓLIDO O BASADAS DE
EXCESO)
PERFILES DE CONCENTRACIÓN
ECUACIÓN DE ROUSE
(DETERMINACIÓN DE LA DISTRIBUCIÓN DE LA CONCENTRACIÓN)
MORFOLOGÍA FLUVIAL
Estudia la estructura y la forma de los ríos, abarcando la configuración del cauce en
planta, la geometría de las secciones transversales, las formas de fondo y las
características del perfil longitudinal.
Clasificación de los ríos
Para facilitar el estudio se han clasificado a los ríos según diferentes puntos de vista,
lo cual permite ubicar fácilmente a cualquier cauce para determinar sus principales
características. Debe tenerse en cuenta que en la naturaleza es posible encontrar
situaciones intermedias a las definidas en esta clasificación.
1. Según la edad
★ Ríos jóvenes: se encuentran en cauces de montaña, tienen pendientes altas y
sección transversal tipo V. Son muy irregulares y generalmente se encuentran
en un proceso de degradación.
★ Ríos maduros: se presentan en valles amplios y tienen pendientes
relativamente bajas, la erosión de los márgenes ha reemplazado a la erosión
de fondo. Estos ríos son estables y la sección transversal de cada tramo es
capaz de transportar la carga de sedimento en todo su recorrido.
★ Ríos viejos: se encuentran en valles amplios y planicies cuyo ancho es 15 a
20 veces mayor que el ancho de los meandros. Las pendientes son muy bajas
y forman depósitos naturales de sedimentos en los márgenes. Frecuentemente
se encuentran zonas de pantanos y/o lagos con forma de herradura, que son
restos de meandros abandonados que fueron cortados de forma natural.
2. Según la condición de estabilidad
★ Estabilidad estática: cuando la corriente es capaz de arrastrar sedimentos,
pero no puede mover las partículas o elementos de las orillas, por ejemplo en
márgenes rocosos o con suelos de alta cohesión.
★ Estabilidad dinámica: cuando las variaciones de corriente, materiales de
fondo y de las orillas y los sedimentos transportados han formado una
pendiente y una sección transversal que se mantienen en el tiempo. En estas
condiciones el río sufre desplazamientos laterales continuos en las curvas, con
erosiones en los márgenes exteriores y depósitos en los interiores. Todos los
caudales antes de producirse un desorden escurren por un único cauce que no
tiene islas o bifurcaciones. Por ejemplo, ríos de planicie formados por un único
cauce.
★ Inestabilidad dinámica: el río escurre por un solo cauce, pero se presenta
cuando el desplazamiento lateral de los meandros es muy intenso y por lo tanto
el corte natural de ellos ocurre frecuentemente. Por un lado, el río trata de
desarrollar su pendiente de equilibrio al desarrollar sus meandros y por otra,
éstos se estrangulan rápidamente y se cortan. El río no alcanza a estabilizar su
pendiente.
★ Estabilidad morfológica: este grado de estabilidad posee el concepto más
amplio. En cualquier cauce natural, la pendiente de un tramo cualquiera, el
ancho y el tirante en su sección trasversal, así como el número de brazos en
que se divide el cauce, dependen del caudal líquido que escurre anualmente y
de su distribución, de las características de los materiales que componen el
lecho y las orillas y de la calidad y cantidad de sedimentos que es transportado.
En otras palabras, cualquier corriente natural no alterada por factores humanos
tiene estabilidad morfológica. Un cauce que en forma natural tiene estabilidad
estática o dinámica también tiene morfología.
3. Según el tramo
★
★
★
★
★
Alta montaña.
Montaña.
Faldeo o piedemonte.
Intermedio.
Planicie con (cauces arenosos):
**Ríos caudalosos.
**Ríos poco caudalosos
4. Según los grados de libertad
Se denomina grado de libertad a la forma de respuesta de un cauce ante una variación
en el caudal.
★ Un grado de libertad: solo varía el tirante. No existe transporte de sedimentos,
por ejemplo: caudal revestido.
★ Dos grados de libertad: puede variar el tirante y la pendiente. Por ejemplo,
cuando los márgenes son rocosos y el fondo arenoso.
★ Tres grados de libertad: si además del tirante y la pendiente, también pueden
alterarse los márgenes y ajustarse el ancho. Por ejemplo, la mayoría de los
cauces naturales que escurren sobre materiales aluviales.
Para algunos autores existe un cuarto grado de libertad, este cuarto grado lo tienen los
cauces con tres grados de libertad cuando llegan a formar meandros. En general se
considera que las corrientes naturales tienen tres grados de libertad y que si
desarrollan meandros es porque la pendiente de la planicie es mayor que la pendiente
hidráulica del escurrimiento y, por lo tanto, se ven obligados a aumentar la longitud de
su recorrido, lográndolo al erosionar los márgenes y desplazarse lateralmente.
5. Según el material de los márgenes y el fondo
★ Cohesivos: son cauces alojados en materiales predominantemente arcillosos.
★ No cohesivos o granulares: cauces alojados en materiales formados por
partículas sueltas.
6. Según el tiempo que transportan agua
★ Ríos perennes: estas corrientes transportan agua durante todo el año y están
siempre alimentadas por aguas subterráneas. Son propios de climas húmedos.
★ Ríos intermitentes: transportan agua en las épocas de lluvias cuando el nivel
freático asciende. En épocas de sequía el río no transporta agua, excepto
cuando ocurre una tormenta. Son propios de climas semiáridos.
★ Ríos efímeros: aquellos que solo llevan agua bajo episodios de fuertes
precipitaciones, manteniéndose secos el resto del tiempo. El nivel freático se
encuentra siempre debajo del lecho y es el río el que alimenta a los
almacenamientos subterráneos. Son propios de climas áridos.
7. Según la pendiente
Establece la diferencia más importante en cuanto al régimen hidráulico
★ Torrenciales: S > 1,5%
★ Torrentes: S > 6%. En estos se abandona la premisa de que el flujo tiene una
fase líquida y otra sólida, ya que la cantidad de sólidos transportados es tal que
el comportamiento del flujo es no Newtoniano.
8. Según la geometría
★ Cauces rectos: normalmente ocurren en
pequeños tramos y son transitorios ya que
cualquier perturbación produce flujos
transversales que inician la formación de curvas
o meandros. En general se presentan cuando el
río escurre a lo largo de una falla geológica o
cuando existe alguna modificación de tipo
antrópica.
★ Cauces con meandros: estos cauces presentan
curvas alternadas unidad por tramos rectos y
cortos. La pendiente normalmente es baja. Los
tirantes en los tramos rectos son menos
profundos que en los márgenes cóncavos.
★ Cauces trenzados: no presentan un solo cauce
si no que se dividen continuamente en varios
cauces, se entrelazan y se vuelven a separar.
Los cauces son amplios y los márgenes no están
bien definidos. Para caudales bajos existen dos
o más cauces principales entrelazados y se forman cauces secundarios. En
crecidas, el agua cubre todos los cauces y grandes cantidades de sedimentos
son depositados rellenando cauces antiguos. Generalmente, estos cauces
tienen pendientes altas, el material es grueso y llevan grandes cantidades de
sedimentos. La principal característica de estos cauces es que están sujetos a
un proceso de sedimentación.
En la naturaleza se distinguen dos morfologías fluviales típicas: el trenzado y el
meandriforme, ambos ya descritos. Existen otras formas menos frecuentes en los
cauces y que se generan según las características de ciertos lugares específicos. Las
más importantes son:
★ Cauces con islas: se forman islas en su interior, las cuales pueden
desplazarse hacia abajo o ser cubiertas por vegetación.
★ Cauces en estuarios: se presentan en las desembocaduras de los ríos en los
océanos.
★ Cauces en pantanos: normalmente son muy amplios por no existir pendiente
o ser muy pequeña. Los tirantes son reducidos y se genera un ambiente
favorable para el crecimiento de la vegetación.
★ Deltas: son aquellos ríos que arrastran gran cantidad de sedimentos y
desembocan en lagos, embalses o en el mar con mareas reducidas. El material
depositado, en general sedimentos finos, inicialmente forma flechas paralelas
al flujo, las cuales posteriormente incrementan su ancho debido a la acción del
oleaje y los materiales que continúan depositando. Al ocurrir grandes crecidas
estas flechas se rompen por donde sale parte del flujo y comienza nuevamente
el proceso. Este proceso genera un abanico de sedimentación cuya forma se
asemeja a la letra ∆
★ Abanicos aluviales (cono de deyección): son depósitos de sedimentos cuya
forma se asemeja a un segmento de sección cónica, se presentan
normalmente en zonas áridas y montañosas con pendientes fuertes. Ocurren
en el punto donde la corriente pasa de un cauce estrecho a otro muy amplio o
bien cuando la pendiente disminuye abruptamente.
UNIDAD 10: DISEÑO DE ALCANTARILLAS
Alcantarillas: son estructuras hidráulicas cortas que transportan el flujo de un lado a otro
de un obstáculo (terraplén, ruta, etc). Son de diversos materiales, formas y
configuraciones. Selección: - Perfiles de rutas - Características de canales - Evaluación de
daños por inundaciones - Costo de construcción y mantenimiento - Estimación de la vida
útil
Formas: La selección de forma se basa en el costo de construcción, la limitación en la
elevación de la superficie del agua aguas arriba, la altura del terraplén de la carretera y el
rendimiento hidráulico.
Las más utilizadas incluyen:
La selección de un material de alcantarilla puede depender de:
- la resistencia estructural
- la rugosidad hidráulica
- la durabilidad y la resistencia a la corrosión y a la abrasión.
Los tres materiales de alcantarillas más comunes son HºAº, Chapa corrugada y acero
corrugado. Las alcantarillas también pueden revestirse con otros materiales para inhibir la
corrosión y la abrasión, o para reducir la resistencia hidráulica. (ej. Asfalto)
Entradas:
Existe una gran variedad de estructuras de entrada, estas pueden ser tanto prefabricadas
como
modeladas en sitio. Las estructuras de entrada comúnmente utilizadas son:
La estabilidad estructural, la estética, el control de erosión y la retención de relleno son
consideraciones a tener en cuenta en la elección de la estructura de entrada. La capacidad
hidráulica de una alcantarilla puede mejorar mediante la selección de la estructura de
entrada.
● Dado que es canal natural es considerablemente más ancho que la alcantarilla,
la
estructura de entrada de la alcantarilla, representa una contracción de flujo y puede ser el
control de flujo primario. La provisión de una transición de flujo más gradual disminuirá la
pérdida de energía y crecerá una entrada más eficiente desde el punto de vista hidráulico.
De esta manera los bordes biselados son más eficientes que los bordes cuadrados.
● Las entradas inclinadas y con inclinación (“slope-taparced”) reducen aún más la
contracción de flujo (normalmente llamada “entradas mejoradas”).
● Entradas mejoradas, tal como una entrada “slope-taparced” aumentan la altura
efectiva
en el control de flujo.
HIDRÁULICA DE ALCANTARILLAS
Un análisis teórico completo de la hidráulica de una alcantarilla es muy difícil y consume
mucho
tiempo. Las condiciones de flujo varían de una alcantarilla a otra y a su vez varían a lo
largo del
tiempo para una misma estructura. El tubo de la alcantarilla puede trabajar lleno o
parcialmente
dependiendo las condiciones aguas arriba, aguas abajo, características del tubo y
geometría de
entrada (pudiendo trabajar este como tubería si se encuentra lleno o como canal abierto si
no es
así).
Condiciones de flujo:
El conducto de una alcantarilla puede trabajar lleno o inicialmente lleno. Es muy raro que
trabajen llenos, la mayoría de ellos trabajan parcialmente llenos. Un cálculo del perfil de
flujo es la única forma precisa de determinar qué parte del conducto trabaja lleno.
★ Flujo Lleno: Flujo A presión Independientemente de la causa, se ven altamente
influenciados por las condiciones aguas arriba y aguas abajo. De esta forma, si
aumentamos el área del conducto bajo presión, el área del flujo se expandirá.
Una de las condiciones que pueden generar un flujo a presión en una alcantarilla
es la presión negativa causada por una elevación de superficie de agua alta
aguas abajo. Una elevación alta del pelo del agua aguas arriba también podrían
producir flujo a presión flujo a presión. Independientemente de la causa, la
capacidad de una alcantarilla trabajando bajo flujo a presión, se ve afectada por
las condiciones de aguas arriba y aguas abajo y por las características
hidráulicas de la alcantarilla.
★ Flujo parcialmente lleno: Superficie Libre Es importante el tipo de flujo que se
genera. Para definirlo, se debe partir de una sección conocida o punto de
control. Una condición especial es cuando la cañería está llena, sin presión. El
tratamiento es igual al de flujo a superficie libre. Puede ser categorizado como
subcrítico, supercrítico o crítico.
TIPOS DE FLUJO DE CONTROL
Control de flujo de entrada y control de flujo de salida son los dos tipos básicos de
control de flujo. La base de la clasificación se encuentra en la ubicación de la sección de
control. La caracterización de la presión, condiciones de flujo sub-críticas y supercríticas
juegan un rol importante en la determinación de la ubicación de la sección de control y
por lo tanto del tipo de control. La capacidad hidráulica de una alcantarilla depende de
diferentes
combinaciones para cada tipo de control.
★ Control de flujo a la entrada: El control de entrada ocurre cuando el barril de la
alcantarilla es capaz de transportar más flujo de lo que la entrada aceptará. Las
características hidráulicas aguas abajo de la sección de control de entrada no
afectan la capacidad de la alcantarilla. La elevación de la superficie del agua
corriente arriba y la geometría de entrada representan los principales controles
de flujo.
★ Control de flujo a la salida: El flujo de control de salida ocurre cuando el barril
de la alcantarilla no es capaz de transportar tanto flujo como la abertura de
entrada aceptará. El control se puede ubicar a la salida o aguas abajo.
La capacidad de la alcantarilla son:
- los factores que gobiernan el control de entrada
- la elevación de la superficie del agua en la salida
- la pendiente
- longitud y rugosidad hidráulica del barril de alcantarilla
★ Elevación de agua de entrada: Se requiere energía para forzar el flujo a través de una
alcantarilla. Esta energía toma la forma de una mayor elevación de superficie de agua
aguas arriba de la alcantarilla (a profundidad de la superficie de agua aguas arriba
medida a la entrada de la alcantarilla es generalmente denominada elevación de
entrada “Hw”). Puede acumularse en un volumen considerable de agua aguas arriba de
una instalación de alcantarilla bajo rellenos altos o en áreas con pendientes planas. El
estanque que se crea puede atenuar los picos de inundación bajo tales condiciones.
Esta atenuación del pico de descarga puede justificar la reducción en el tamaño
requerido de alcantarilla.
★ Elevación de agua de salida: Se define como la profundidad del agua aguas debajo de
la alcantarilla medida a la salida de la misma. Esta elevación puede estar causada por
una obstrucción en el canal aguas abajo o por la resistencia hidráulica del canal. En
cualquiera de los casos se requieren cálculos desde la sección de control aguas abajo
para definir con precisión la elevación de salida. En casos donde sea apropiado podría
calcularse por medio de aproximaciones al tirante normal.
★ Velocidad de salida: Dado que por lo general una alcantarilla restringe el área del
canal disponible, es probable que las velocidades de flujo en la alcantarilla sean más
altas que en el canal. Estas velocidades mayores pueden causar erosión en el lecho y
erosión en la orilla a la salida de la alcantarilla. Problemas menores pueden
generalmente evitarse aumentando la rugosidad del conducto. En ocasiones se
requieren disipadores de energía y dispositivos de protección de salida para evitar la
socavación excesiva en la salida de la alcantarilla.
ECONOMÍA
En pequeñas obras hay que evaluar el riesgo de lo que se está preservando Vs el costo
lineal de la alcantarilla, que es función de su capacidad hidráulica. El diseño de una
alcantarilla siempre incluye un análisis económico. Un amplio espectro de flujos de
inundación con probabilidades asociadas ocurrirá en el sitio de la alcantarilla durante su
vida útil. Los beneficios de construir con alcantarillas de gran capacidad para alojar todos
estos eventos sin efectos perjudiciales de inundación son generalmente sobrepasados por
los costos iniciales de construcción. Por lo tanto, un análisis económico de las
compensaciones se realiza.
1) costo-beneficio: el propósito de una alcantarilla es transportar el agua a través de un
terraplén de
ruta. Los beneficios incluyen la disminución de interrupciones en el tráfico causado por
inundaciones y una mayor seguridad en ruta. Los costos mayores están asociados con la
construcción del terraplén y de la alcantarilla en sí, así como también con el mantenimiento
y daños ocasionales causados por inundaciones.
2) Análisis: evaluaciones económicas tradicionales pueden ser útiles para obras menores
mientras
que un estudio más riguroso deberá llevarse a cabo para instalaciones mayores. El
objetivo es
encontrar una capacidad óptima basada en el análisis costo-beneficio.
CONSIDERACIONES DE DISEÑO
Idealmente, la alcantarilla debería colocarse en el lecho del canal existente para minimizar
los costos asociados con la excavación estructural y el trabajo del canal. Sin embargo, esto
no siempre es posible. Algunos lechos son sinuosos y no pueden alojar una alcantarilla
recta. En otras situaciones, un canal puede tener que ser reubicado para evitar la
instalación de una alcantarilla desmesuradamente larga. Al reubicar el canal se debe tener
la precaución de evitar transiciones bruscas de corriente en ambos lados de la alcantarilla.
Información del canal
La construcción de una alcantarilla contrae significativamente la llanura de inundación.
Para
predecir las consecuencias de esta atenuación es necesario recopilar información del
canal antes
de la construcción. Esta información incluye:
● Sección transversal del curso: al menos tres deberían tomarse para determinar
la
pendiente, entrada y salida de la alcantarilla.
● Pendiente de la corriente: para definir las características del canal.
● Resistencia hidráulica del canal y de la planicie: generalmente índice de
manning. Para pre
calcular las condiciones de flujo.
● Superficie de agua aguas abajo: pueden afectar el rendimiento de la alcantarilla.
● Capacidad de almacenamiento aguas arriba: pueden tener un impacto en el
diseño.
Flujo en la alcantarilla
Un análisis teórico exacto del flujo de una alcantarilla es extremadamente complejo ya
que el flujo
es usualmente no uniforme con regiones de flujo gradualmente variado. Los diferentes
tipos de flujo son clasificados y analizados en la base de la sección de control.
Una sección de control es un lugar donde existe una única relación entre velocidad de
flujo y la elevación de la superficie de agua aguas arriba. Muchas condiciones de flujo
existen en el tiempo, pero en un determinado momento, el flujo es gobernado por la
geometría de la entrada (control de entrada) o por la combinación de la configuración de
entrada de la alcantarilla, las características de conducto y la elevación de la superficie
de agua de salida (control de salida).
El método de diseño de alcantarillas se basa en el uso de gráficos de diseños y
nomogramas. Estos
gráficos y nomogramas están basados en datos de numerosas evaluaciones hidráulicas
y cálculos
teóricos, es por esto que se debe asumir que los resultados del procedimiento serán
precisos dentro de más o menos un 10%.
La ejecución de una alcantarilla, produce una importante contracción en la llanura de
inundación. Para predecir esto son necesario los siguientes datos:
1- Sección transversal del curso
2- pendiente de la corriente
3 – resistencia hidráulica del canal y de la planicie
4 – capacidad de almacenamiento aguas arriba
5 - Fotografías satelitales
Tipos de control de flujo:
- Una alcantarilla funcionando bajo un control de entrada tiene un flujo superficial (de poca
profundidad) y alta velocidad categorizado como supercrítico. Para un flujo supercrítico la
sección
de control se encuentra en la entrada del conducto.
- Una alcantarilla funcionando bajo control de salida tendrá un flujo relativamente profundo
y de
baja de velocidad categorizado como subcrítico. Para un flujo subcrítico, el control se
encuentra a
la salida del conducto. La elevación de la superficie de agua a la salida del conducto será
la
profundidad crítica a la salida de la alcantarilla o la profundidad del canal aguas abajo,
cualquiera
sea mayor.
★ Control de entrada: El tipo de flujo depende de la sumersión de la entrada y la
salida de la alcantarilla. En todos estos ejemplos la sección de control se encuentra en
la entrada de la alcantarilla. Dependiendo de la elevación a la salida, un salto hidráulico
puede ocurrir aguas abajo de la entrada.
TIPO A: Ni la entrada ni la salida se encuentran sumergidas. El flujo pasa por la
profundidad crítica justo después de la entrada de la alcantarilla y el flujo dentro del
conducto es supercrítico. El conducto trabaja parcialmente lleno en toda su longitud y el
flujo tiende al tirante normal cerca del final del conducto.
TIPO B: La salida se encuentra sumergida, lo cual no asegura que se trate de un control
de salida. El flujo es supercrítico justo después de la entrada y se forma un resalto
hidráulico dentro del conducto.
TIPO C (más típico): La entrada se encuentra sumergida y la salida fluye libremente. El
flujo es supercrítico y el conducto trabaja parcialmente lleno. La profundidad crítica se da
justo después de la entrada a la alcantarilla y el flujo tiende al tirante normal en la salida de
la misma.
TIPO D: Se trata de un caso inusual. Ambos lados se encuentran sumergidos. Un resalto
hidráulico se dará dentro del conducto. El drenaje medio provee ventilación al conducto. Si
este no estuviera ventilado se podrían generar presiones sub-atmosféricas, lo que crearía
una condición inestable durante la cual el conducto alternará entre lleno y parcialmente
lleno. Este caso demuestra que aun teniendo ambos lados sumergidos no se asegura que
el conducto trabaje lleno.
FACTORES QUE AFECTAN AL FLUJO
Factores que afectan al Flujo en la entrada El control depende solo de la carga aguas
arriba, y la configuración de la entrada afecta al rendimiento de la alcantarilla. Estas
últimas contribuyen al área efectiva de la entrada.
★ La profundidad de entrada es medida desde que comienza la sección de control
hasta la
superficie libre del embalse.
★ El área de entrada es la sección transversal del área efectiva de la alcantarilla.
Generalmente el área efectiva es la misma que el área de la sección del conducto, pero en
el caso de entradas mejoradas, el área efectiva es aumentada y la sección de control se
encuentra en la entrada del conducto.
★ La configuración de entrada describe el tipo de entrada.
★ La forma de entrada es generalmente es la misma que la del conducto, pero
puede ser
agrandada en el caso de “entradas mejoradas”
Otro factor que afecta el rendimiento del control de entrada es la pendiente del conducto.
El efecto es pequeño y puede ser
ignorado o
corregido con un factor.
CONFIGURACIÓN DE ENTRADA:
La configuración de entrada es un
factor importante en el
rendimiento del control de entrada
y puede ser modificado para
mejorar su rendimiento. A medida
que el borde de entrada mejora, la
contracción de flujo en la entrada
disminuye, lo que mejora el
rendimiento de entrada y permite
transportar mayor flujo por el
conducto para la misma elevación
de entrada.
DEPRESION EN LA ENTRADA
Las ecuaciones de control de entrada y los nomogramas proveen la profundidad de la
elevación de entrada por encima de la entrada requerida para transportar una descarga
determinada a través de la entrada. Esta relación permanece constante
independientemente de la elevación de la parte inferior de la entrada. Si la entrada se
encuentra deprimida por debajo del lecho del canal, mayor
caudal puede ser introducido en la entrada para la misma elevación de entrada.
Hay dos métodos de depresión, de entrada, de alcantarillas, uno de ellos es el uso de una
plataforma de aproximación deprimida con el relleno retenido por paredes laterales
inclinadas, el otro se trata de un sumidero construido en el ingreso.
HIDRÁULICA DE LA ENTRADA
Se distinguen tres zonas en la entrada, no sumergida, transición y sumergida. En las dos
primeras, la alcantarilla funciona como un vertedero, condiciones de baja elevación de
superficie de agua de entrada (tipos de control A y B). En el último caso para entrada
sumergida como un orificio.
Tablas para buscar los k, M, c e y
Hidráulica de salida
La condición de conducto con flujo completamente lleno es el mejor tipo de flujo para describir
la hidráulica del control de salida. Las condiciones de flujo bajo control de salida pueden ser
calculadas en base a un balance de energía. La energía total HL requerida para pasar el flujo a
través del conducto está formada por la pérdida de entrada He, las pérdidas por fricción en el
conducto Hf y las pérdidas a la salida H0. Otras pérdidas incluyendo pérdidas por flexión Hb,
por juntas Hj y pérdidas en las rejas Hg deberán tenerse en cuenta cuando sea apropiado.
Pérdidas de energía totales
HL = He + HC + Ho + Hb + Hj + Hg (1)
La velocidad del conducto es calculada como: V =Q/A
V= velocidad promedio en el conducto
A= área de la sección transversal del flujo
La carga de velocidad es: Hv =V^2/2g
La pérdida de entrada es función de la carga de velocidad en el conducto y puede ser
expresada
como la carga de velocidad multiplicada por un coeficiente: Ke
*con Ke basado en las configuraciones de entrada
Las pérdidas por fricción son también función de la carga de velocidad basada en la ecuación
de Manning, la pérdida de fricción es:
R= radio hidráulico
Ku= coeficiente de unidades
η= coeficiente de Manning
La pérdida de salida es función del cambio de velocidad en la salida del conducto y depende de
la
configuración de salida. La velocidad de salida usualmente se desprecia, de esta forma la
pérdida
de salida es igual a la carga de velocidad.
Reemplazando en la ecuación 1 obtenemos
Haciendo un balance de energía a la entrada y salida
HW0: Profundidad de entrada
Vu: Velocidad de llegada
TW: Profundidad de salida
Vd: Velocidad aguas abajo
Las velocidades de entrada y de salida normalmente se desprecian: HW0 = TW + HL
Las ecuaciones descritas anteriormente fueron desarrolladas para cañerías trabajando con flujo
bajo presión. Para aquellos casos donde las cañerías trabajan parcialmente llenas, se
necesitan hacer cálculos regresivos, los cuales serían demasiados tediosos. Para evitar estos
procedimientos se desarrollaron métodos aproximados.
Estos métodos funcionan mejor cuando el conducto funciona lleno en al menos una parte de su
longitud. Cuando el conducto funciona parcialmente lleno en toda su longitud, el método se
vuelve cada vez menos preciso a medida que la superficie de agua de entrada se encuentra
más lejos de la parte superior del conducto en la entrada. Resultados adecuados se obtienen
hasta una superficie de elevación de agua de 0,75D, para valores menores se deberán hacer
cálculos regresivos para obtener elevaciones precisas.
CRITERIO DE DISEÑO
1-PARA EL Q DE DISEÑO, EL NIVEL AGUAS ARRIBA NO DEBERÁ SUPERAR LA COTA DE
TERRAPLÉN.
2–PARA Q DE VERIFICACIÓN SE PRODUCIRÁ OVERTOPPING
3–EL TERRAPLÉN FUNCIONA COMO VERTEDERO DE PARED GRUESA Q0=CdL(HWr)1.5
4–EL CAUDAL SE SUMA AL DE LA ALCANTARILLA.
OverTopping
El overtopping comenzará cuando la elevación de la superficie de agua, aguas arriba
alcanza el nivel de la ruta.
Usualmente ocurrirá en el punto bajo de una curva vertical de la ruta. El flujo será similar al
flujo sobre un vertedero de cresta ancha.
Cd: Coeficiente de descarga por overtopping. Varía según sea overtopping superficial o
profundo y se encuentra mediante gráficos según el HWf y Lr
L: longitud de la cresta de la ruta
HWf: Profundidad aguas arriba medida desde la cresta de la ruta hasta la superficie de
agua aguas arriba de la reducción del vertedero.
En caso de tratarse de overtopping profunde se debe aplicar un factor de corrección por
sumersión Kt el cual se obtiene de gráficos.
La longitud y elevación de la cresta de la ruta puede ser difícil de determinar cuando la
cresta está definida por una curva de
pandeo. La curva de pandeo puede ser
dividida en una serie de elementos
horizontales.
Usando la ecuación 2 se puede
calcular el caudal que pasa sobre cada
segmento para una elevación de
superficie de agua dada. Luego los
caudales incrementales de cada
segmento se suman obteniendo el total
de caudal que pasa por encima de la
ruta.
También puede representarse la cresta
como una
línea horizontal y la longitud de la
cresta se considera la longitud
horizontal de este segmento x. Luego mediante la ecuación 2 se calcula el caudal que
pasa por encima de la ruta para una superficie de agua dada. El problema es que el caudal
de overtopping más el caudal de la alcantarilla debe sumar el total del caudal de diseño.
Se debe llevar a cabo un proceso a prueba y error para determinar ambos caudales.
DETERMINACIÓN DE HW
DETERMINACIÓN DE L
Curva de Funcionamiento
Velocidad de salida: La velocidad de salida debe ser calculada para determinar si es
necesario colocar una protección ante la erosiona la salida de la alcantarilla. Normalmente
el uso de alcantarillas resulta en una velocidad de salida mayor a la velocidad del caudal
natural, estas velocidades de salida es probable que requiera un reajuste del flujo o un
disipador de energía para prevenir la erosión aguas abajo.
-En alcantarillas con control de entrada se puede utilizar una aproximación para evitar
cálculo regresivo. La superficie de pelo de agua tiende al tirante normal a medida que el
flujo se acerca al final del conducto. De esta manera, si el conducto es lo suficientemente
largo, existirá el tirante normal al final del mismo de todos modos, en conductos cortos se
puede asumir que se llega al tirante normal y puede ser usado para definir el área flujo a la
salida para obtener la velocidad de salida. Esta velocidad calculada puede que sea un
poco mayor que la real. El tirante normal para formas comunes de cañerías puede ser
calculado mediante prueba y error de la ecuación de Manning. Los datos serán: caudal,
resistencia de la cañería, pendiente y geometría.
Para alcantarillas con control de salida, el área transversal del flujo es definida por la
geometría de la
salida y la profundidad critica, la elevación de agua de salida o la altura del conducto. La
profundidad crítica se utiliza cuando la elevación del agua de salida es menor que la
profundidad critica. La elevación de agua de salida es usada cuando esta es mayor que la
profundidad critica, pero menor que el borde superior del conducto y el total de la
profundidad del conducto se utiliza cuando la elevación de salida lo supera.
Método de diseño
★ Control en la entrada
Es necesario determinar la carga de agua en la entrada, para un determinado Q
A- Ubicar el tamaño y caudal de la alcantarilla en el monograma (punto 1 y 2)
B- uniendo los puntos 1 y 2 extrapolamos hasta la primera relación HW/D (primer escala)
C- si es necesaria otra escala, nos corremos horizontalmente.
D- Se multiplica la relación por D, y se obtiene la carga en la entrada HW. Si la vel. De
llegada es despreciable HW
es igual a la requerida HWi, caso contrario hay que deducirla.
E- calculamos la cascada en la entrada por debajo del lecho natural, si es necesario para
lograr HW.
Con monogramas:
★ Control de salida
a. Determine la profundidad del agua de descarga por encima de la salida (TW) para el
Q de diseño. Esto se obtiene a partir de cálculos de remanso o profundidad normal, o
de observaciones de campo.
b. Obtener el tirante crítico dc, que no debe ser mayor a D.
g. Determinar la pérdida H en el monograma
h. Si el valor de n de Manning dado en el nomograma es diferente al n de Manning para
la alcantarilla, ajuste la longitud de la alcantarilla con la
fórmula:
i. Uniendo el punto 1 con el dos se define el 3.
j. Uniendo 3 y 4 se determina la pérdida total
k. Se calcula la carga necesaria
SISTEMAS DE DETENCIÓN
Tradicionalmente, el diseño de sistemas de desagües de tormentas se centró en recoger y transportar
el agua de las crecidas lo más rápido posible a un lugar apto donde pueda ser descargado. A medida
que la urbanización crece, este tipo de diseño puede resultar en desagües muy grandes y problemas
de inundación aguas abajo.
Los impactos de la urbanización incluyen picos más rápidos y más grandes, mayor volumen de flujo,
mayores velocidades y erosiones severas aguas abajo.
Muchas comunidades utilizan estructuras de detención para limitar los efectos adversos aguas abajo
producidos por crecidas. Existen muchos tipos de medidas de detención, algunas de ellas son:
★ Lagunas de detención: son pequeñas lagunas que recogen agua.
★ Lagunas de retención: suelen ser más grandes que las de detención y liberan el agua
acumulada a una velocidad menor mediante desagües controlados.
★ Lagunas de infiltración: son usadas para permitir que el agua almacenada se infiltre al
suelo.
★ Pozos secos.
El principal objetivo de los sistemas de detención es el de atenuar el hidrograma disminuyendo el pico
y retardando.
Usos y tipos
Bajo condiciones favorables, el almacenamiento temporario de parte de la corriente de la crecida
puede disminuir la corriente aguas abajo y el costo del sistema de transporte.
Los sistemas de detención varían desde pequeñas estructuras ubicadas en estacionamientos hasta
grandes lagunas y reservorios, estos pueden ser:
★ De único propósito o multipropósito.
★ On-line o off-line.
★ Regionales o específicos.
★ Temporarios o permanentes.
★ Integradas al entorno o separadas de él.
★ Para disminuir el escurrimiento o para retrasarlo.
★ De único objetivo o multiobjetivo.
★ De una salida o múltiples salidas.
★ Estanques húmedos o estanques secos.
★ En la superficie o subterráneos.
Se suele clasificar a los sistemas en sistemas de detención y sistemas de retención:
★ Los sistemas de detención son aquellos diseñados para reducir el pico y solo detener la
descarga por un corto periodo de tiempo. Estas estructuras están diseñadas para drenar
completamente una vez que la tormenta de diseño ha pasado.
★ Los sistemas de retención son diseñados para almacenar una cantidad de agua en forma
permanente y a su vez ir liberando el agua de la crecida a una tasa de descarga controlada.
La mayoría de los procesos de diseño son los mismos para ambos tipos, por lo que
normalmente se los llama sistemas de almacenamiento
Usos
El uso de sistemas de almacenamiento para el manejo de crecidas ha aumentado en los últimos
años. Los beneficios de estos sistemas se pueden dividir en dos grandes categorías: de control de
cantidad y de calidad. El control de la cantidad genera beneficios como:
★ Prevenir o reducir el aumento del pico de escurrimiento causado por el avance de la
urbanización.
★ Mitigar problemas de capacidad de drenaje aguas abajo.
★ Recargar napas subterráneas.
★ Reducir o eliminar la necesidad de realizar mejoras en los sistemas de drenaje.
En cuanto al uso de sistemas de almacenamiento para el control de calidad:
★ Disminuir la erosión del canal a partir del control de la velocidad y la reducción de la
escorrentía.
★ Reducir la contaminación por deposición, reacciones químicas y mecanismos biológicos.
★ Mejorar las condiciones del flujo de base.
★ Controlar el transporte de sedimentos.
★ Mejorar la calidad del agua a partir de la filtración.
MÉTODO DE PULS
Para el diseño de estos sistemas debemos definir un hidrograma de entrada y un hidrograma de
salida de la estructura. El hidrograma de entrada lo calcularemos por alguno de los métodos
disponibles (SCS por ejemplo) mientras que el hidrograma de salida estará dado por la estructura
de salida elegida (orificio, vertedero). De la estructura de salida nos interesa conocer cómo se
comporta en función del tirante de la laguna de forma que, para un tirante dado, sabremos el caudal
de salida.
Teniendo entonces una determinada entrada y salida, nos interesa conocer lo que sucede en la
laguna (la cual se comporta como un embalse lineal) y puede ser estudiada como un tránsito de
crecidas (determinación de un hidrograma de salida a partir de uno de entrada como dato). Para un
sistema hidrológico, la entrada I(t), la salida Q(t), y el almacenamiento S(t), se relacionan por la
ecuación de continuidad:
Si el hidrograma de entrada I(t) es conocido, esta ecuación puede resolverse directamente para
obtener el hidrograma de salida Q(t). Ya que tanto Q como S son incógnitas, se necesita una
segunda relación o función de almacenamiento para relacionar S, I y Q. el acoplamiento de la
función de almacenamiento y la ecuación de continuidad proporciona una combinación de las dos
ecuaciones con dos incógnitas la cual puede ser resuelta. En general, la función de
almacenamiento puede escribirse como una función arbitraria de I, Q y sus derivadas temporales:
Se aplica para su resolución un método de solución por diferencias finitas a las dos ecuaciones. El
horizonte de tiempo se divide en intervalos finitos y la ecuación de continuidad se resuelve
recursivamente desde un punto de tiempo hasta el siguiente utilizando la función de
almacenamiento para tener en cuenta el valor del almacenamiento en cada punto del tiempo.
La forma específica de la función de almacenamiento a utilizar dependerá de la naturaleza del
sistema que está siendo analizado.
En este caso se analizará el tránsito a través de embalses utilizando el “método de puls” (método
de la piscina nivelada) en el cual el almacenamiento es una función no lineal de Q solamente � =
�(�) y la función �(�) se determina relacionando el almacenamiento y la salida del embalse con el
nivel de agua de éste.
La relación entre el caudal de salida y el almacenamiento en un sistema hidrológico tiene una
influencia importante en el tránsito de caudales. Esta relación puede ser variable o invariable:
★ Función de almacenamiento invariable
Se aplica a un embalse con una superficie de agua horizontal. Tales embalses tienen una piscina
que es ancha y profunda comparada con su longitud en la dirección del flujo. La velocidad de flujo
en el embalse es muy baja. La relación de almacenamiento invariable requiere la existencia de un
caudal fijo de salida del embalse para una elevación de superficie dada. Cuando un embalse tiene
una superficie de agua horizontal, su almacenamiento es función de la elevación de la superficie.
En forma similar, el caudal de salida es una función de la elevación de la superficie de agua sobre
la estructura de salida. Combinando estas dos funciones, el almacenamiento en el embalse y el
caudal de salida pueden relacionarse para producir una función de almacenamiento invariable y de
valor único � = �(�).
Para tales embalses, el pico de salida ocurre cuando el hidrograma de salida intercepta el
hidrograma de entrada, debido a que el máximo almacenamiento ocurre cuando �� �� − � − � =
0 y el almacenamiento y el flujo de salida están relacionados por � = �(�). Los puntos de
almacenamiento máximo R y el máximo flujo de salida P concurren.
★ Función de almacenamiento variable:
Una relación variable almacenamiento/caudal de salida se aplica a embalses largos y angostos
donde el perfil de la superficie de agua puede ser significativamente curvo debido a efectos de
remanso. La relación resultante entre el caudal y el almacenamiento del sistema no es más una
función con un valor único sino que exhibe una curva usualmente en la forma de un ciclo (loop),
dependiendo de las características de almacenamiento del sistema. Debido al efecto de retardo
causado por la curva de remanso, el pico del caudal de salida ocurre usualmente después del
momento en el cual se interceptan.
El efecto del almacenamiento es redistribuir el hidrograma. Moviendo el centroide del hidrograma de
entrada hasta el centroide del hidrograma de salida en un tiempo de redistribución. En canales muy
largos, toda la onda de creciente viaja también una distancia considerable y el centroide de su
hidrograma también puede moverse un periodo mayor que el tiempo de traslación. El tiempo total de
movimiento es creciente entre los centroides de los hidrogramas de entrada y salida. Es igual a la
suma del tiempo de redistribución y del tiempo de traslación.
El proceso de redistribución modifica el hidrograma y el proceso de traslación cambia su posición.
Método de Puls - tránsito de piscina nivelada
Procedimiento para calcular el hidrograma de
flujo de salida desde un embalse con una
superficie de agua horizontal, dado su
hidrograma de entrada y sus características
de almacenamiento – caudal de salida. El
tiempo se divide en intervalos de duración ∆t
y la ecuación de continuidad se integra sobre
cada intervalo de tiempo
Si la variación de los caudales de entrada y salida a lo largo del intervalo es aproximadamente lineal,
el cambio en el almacenamiento en el intervalo ��+1 − �� puede encontrarse como:
Los valores de �� e ��+1 se conocen debido a que han sido pre especificados. Los valores de �� y
�� se conocen en el intervalo de tiempo j-ésimo a partir de los cálculos hechos durante el intervalo de
tiempo previo, por lo tanto, las incógnitas serán ��+1 y ��+1. Multiplicando por 2/∆t y reordenando:
Con el fin de calcular el caudal de salida ��+1 se necesita una función de almacenamiento- caudal de
salida que relacione 2�/∆� + � y �
★ La relación entre la elevación de la superficie de agua y el almacenamiento del embalse
puede determinarse topográficamente.
★ La relación elevación de un caudal se deducen a partir de la relación H-Q de la obra de
salida.
Para un valor dado de la elevación de la superficie de agua H se determinan los valores de
almacenamiento S y del caudal de salida Q, luego se calcula el valor de 2�/∆� + � y se dibuja en el
eje horizontal con su respectivo valor de caudal de salida Q en el eje vertical.
Durante el tránsito de flujo a través del intervalo de tiempo j, todos los términos de la parte derecha de
la ecuación se conocen, luego el valor de 2��+1/∆� + ��+1 puede calcularse. El valor
correspondiente de ��+1 puede determinarse a partir de la función almacenamiento- caudal de salida
2� ∆� + � vs � ya sea gráficamente o por interpolación lineal de unos valores tabulados.
Este cálculo se repite para los subsiguientes periodos de tránsito.
Algunas de las estructuras de control de salida pueden ser:
★ Orificios ahogados o de salida libre
★ Vertederos
**Contraídos
**No contraídos
**Sumergidos o de salida libre
**De cresta delgada o de cresta ancha
LAGUNA DE RETENCIÓN
Las lagunas de retención o estanques húmedos contienen una cantidad de agua en forma permanente
durante las épocas secas. Una alta tasa de eliminación de sedimentos y efluentes orgánicos se puede
lograr si el agua es retenida en la laguna por suficiente tiempo. Durante la época húmeda, el agua de
lluvia de cada tormenta desplaza el agua acumulada en la laguna, de donde la mayoría de los
contaminantes (sólidos, ramas, etc) han sido eliminados.
El agua de la última tormenta será ahora retenida hasta que sea desplazada por una nueva tormenta.
De esta forma, el agua contenida permanentemente capturará y tratará las tormentas pequeñas y
frecuentes.
El volumen de almacenamiento proporcionado por encima del volumen permanente se usará para
controlar los picos de escorrentía causados por los eventos de tormenta de diseño especificados. Los
estanques húmedos pueden ser diseñados para controlar los picos de escorrentía de tormentas
grandes y no tan frecuentes si se proporciona un volumen de almacenamiento adicional al
permanente.
Las estructuras de salida para lagunas de retención incluyen una salida de flujo para controlar la
escorrentía de tormentas frecuentes y dispositivos de desborde para controlar la escorrentía de
tormentas de mayor magnitud.
RESERVORIOS O LAGUNAS OFF-LINE
La utilización de la capacidad de almacenamiento excedente disponible del drenaje se conoce como
sistemas online. Mientras que los sistemas off line recogen el flujo cuando el sistema está
sobrecargado. Por ejemplo, en un sistema de alcantarillado el sistema online puede diseñarse para
pasar corrientes largas durante la época seca sin detención. Pero durante un evento de tormenta, la
diferencia de volumen de entrada y de salida será detenida en el sistema. El sistema online se equipa
con un elemento que reduzca la velocidad de ingreso del flujo y la salida estará controlada por un
orificio, una compuerta o un regulador de flujo. En caso que el sistema on-line se vea sobrecargado, se
desagua el exceso de flujo hacia un depósito de almacenamiento off-line, el cual detendrá
temporalmente el flujo y luego lo devolverá en un tiempo prolongado.
Este desvío de flujo se diseña para activarse cuando el flujo actual exceso un flujo predeterminado.
Procedimiento de diseño
1. Estudio de la cuenca y análisis de inundaciones
2. Elección de la ubicación del sistema
3. Predimensionado del volumen de almacenamiento (según el tiempo de recurrencia del evento)
4. Pre-dimensionado del sistema y determinación de la curva almacenamiento-elevación (H)
5. Elección de estructura de salida y determinación de la curva almacenamiento-caudal de salida
6. Diseño preliminar y deducción del hidrograma
7. Diseño final
1. PREDESARROLLO: para determinar problemas de inundaciones y servir de base para
evaluaciones impacto y selecciones de alternativas.
2. a 6. PREDISEÑO: es un proceso iterativo donde se evalúa constantemente los efectos aguas abajo
y las medidas de seguridad tomadas en consideración. La curva final de almacenamiento-caudal de
salida deberá modificarse hasta que se llegues a cumplir todas las restricciones de diseño.
Volumen de diseño - Método del hidrograma
Asume que el Q de salida crece El
flujo de entrada a un sistema off-line
está dado por el hidrograma de
entrada del flujo desviado. Después
de conocer el pico de entrada a la
laguna de detención, la descarga
permitida de la laguna debe ser
determinada de acuerdo a los
criterios de seguridad.
El volumen de almacenamiento luego
será determinado por la diferencia de
volumen entre el hidrograma de entrada
y el de salida desde el comienzo del
evento hasta el momento en que se
produce la descarga permitida. Sin el
conocimiento previo de la hidráulica de
salida, la estimación del volumen de
almacenamiento puede llevarse a cabo
suponiendo que la rama ascendente del
hidrograma de salida es lineal. La tasa de flujo de salida O(t) en el tiempo t en la rama ascendente se
estima como
Siendo
● O(t): tasa de salida
● Oa: descarga permitida
● Tp: tiempo pico en el hidrograma de salida
● t: tiempo transcurrido
El volumen de almacenamiento acumulado V(t) es la diferencia de volumen de entre el hidrograma de
entrada y la rama ascendente del hidrograma de salida
Siendo
●
●
I(t): tasa de entrada en el tiempo 0
∆t: intervalo de tiempo definido
Ahora el volumen de almacenamiento requerido puede ser aproximado como:
donde Vm: volumen de almacenamiento del sistema de detención.
Método de volumen
Para modelar una cuenca pequeña, la presencia de lluvia uniforme es aceptable para predecir el
volumen de escorrentía. Por lo tanto, el volumen de almacenamiento del sistema de detención para
una cuenca pequeña puede ser estimado directamente mediante la diferencia entre dos volúmenes de
entrada y de salida a través de un depósito de detención. A modo de simplificación se considera un
hidrograma de entrada trapezoidal.
El hidrograma de entrada tiene una rama ascendente lineal durante el tiempo de concentración de la
cuenca hidrográfica y la porción del pico del hidrograma es una meseta desde el tiempo de
concentración Tc hasta el final del evento de la lluvia. El agua de escorrentía es desviada a hacia el
sistema off-line a una tasa de flujo preestablecida Q1 , siendo Q2 la descarga permitida del depósito
de detención. El volumen de descarga de salida puede ser calculado por el área “abeg”.
siendo
●
●
●
●
●
�0: Volumen de descarga de salida.
�2: Pico de salida desde el depósito de
detención.
�1: Tasa de descarga de la cuenca.
��: Duración de la lluvia.
�1: Tiempo de desvío.
De manera lineal, el tiempo de desvío �1 puede ser aproximado como:
El volumen del depósito de detención puede ser calculado usando el tiempo de duración de la lluvia
como tiempo base, de esta manera el volumen será:
siendo
● �: Coeficiente de escorrentía tabulado según el uso del suelo.
● ��: Intensidad de la lluvia.
● �: Área de la cuenca.
● �: Factor de conversión de unidades.
● 𝑄: Promedio de la tasa de descarga de salida.
●
La tasa de descarga promedio puede relacionarse con el pico permitido de tasa de descarga de
salida de salida del depósito como:
Desde la ecuación (1) el valor de m para un depósito off-line es:
Para un depósito on-line �1 = 0 y 𝑇1 = 0 entonces
El concepto básico usado en el método de volumen, es el de encontrar la máxima diferencia de
volumen entre los volúmenes de entrada y salida para un rango de eventos de tormentas en
términos de duración de la lluvia.
El volumen de diseño del depósito de detención será entonces la máxima diferencia de volumen.
Se comienza con una duración de tormenta determinada y se incrementa para encontrar los
volúmenes de entrada y salida hasta encontrar la mayor diferencia de volumen.
UNIDAD 11: DISEÑO DE CANALES
El canal es una obra que permite conducir agua de un lugar a otro por efecto de la gravedad.
Deben cumplir con requerimientos topográficos para lograr la correcta distribución. La finalidad de
los canales puede ser de dos tipos:
 Transporte de agua para riego
 Conducir agua para abastecer plantas de tratamiento (por ejemplo: canal los Molinos
Córdoba)
El diseño de ambos es el mismo, solo varia la demanda.
Los canales pueden ser:
ABIERTOS
CERRADOS: túneles o cañerías operando parcialmente llenos.
Los túneles se excavan con el objetivo de evitar una loma o montaña. La decisión de realizar un
túnel se basa en un criterio económico (ver si me conviene o no). La otra opción sería rodear la
montaña para que el canal siga su curso, aunque tendría un trayecto más largo con una pendiente
más baja (tendría que aumentar la sección del canal) en comparación al realizar un trayecto
directo.
Clasificación de los canales:


Canales de derivación: canales principales que conducen el agua desde la toma (embalse)
hasta el punto de reparto de agua.
Canales laterales o secundarios: son los que toman agua desde el agua de derivación
hasta los diferentes sectores.
La distribución de los caudales a travez de diferentes tipos de canales evita que se produzca la
superposición de erogaciones.
Un canal y su estructura debe ser eficiente, con un minimo mantenimiento, fácil operación y
minima perdida de agua.
ESTRUCTURAS: para la eficiente conducción, regulación, protección y aforo de los caudales.
 Estructuras de transporte: son adicionales al propio canal y sirven para cubrir diferentes
situaciones. Encontramos:
o Sifones invertidos
o Alcantarillas
o Rápidas
o Saltos
 Estructuras de regulación: permiten regular que caudal se va a derivar al canal de
derivación (obras de toma lateral a una presa, un desvío en el propio canal, o una bomba
en reservorio). Aguas abajo se colocan las estructuras de control que ayudan derivar a los
canales secundarios (estructuras de protección que permiten conducir los excedentes).
 Medición de caudales: utilizan la hidráulica para establecer la determinación de caudales
(canaletas Parshall, orificios, vertederos).
A la izquierda se observa una canaleta Parshall y a la derecha tenemos una compuerta.
 Estructura de protección: protegen al canal de los aportes externos de agua (precipitación).
Cursos cruzados para los externos (canal lateral que capte las aguas provenientes de lo
alto de las montañas y no descarguen en el canal principal) y vertederos, compuertas o
sifones para protecciones internas.
 Componentes estructurales accesorios:
o
Tuberías
o
Accesorios de tuberías.
o
Transiciones: para conectar un canal o un rio a una estructura de entrada o salida.
o
Disipadores de energía: estructuras aguas abajo con tramos de rápidas para
restituir un canal sin generar erosión.
o
Estructuras de seguridad: barandas, redes, escaleras.
ELEMENTOS BÁSICOS PARA EL DISEÑO DE UN CANAL.

Información inicial para el diseño de un canal.
1.
2.
3.
4.
Fotos aéreas, satelitales. Permite definir a priori el sector de traza.
Planos topográficos.
Estudios geológicos, salinidad, tipo de suelo.
Levantamientos topográficos.

Trazado de un canal: se realizan al menos 3 trazas.
1. Reconocimiento de campo: observación en detalle los aspectos ambientales.
2. Trazo preliminar: levantamiento topográfico longitudinal y transversal, estacas en
campaña.
3. Trazado definitivo: en base a los datos anteriores.

Radios mínimos en canales: curvas en zonas montañosas. Los radios mínimos son para
evitar desbordes. Están en función de los caudales para su trazado.

Rasante de un canal: es la línea del eje de la base del canal. Se debe dibujar el perfil
longitudinal del terreno para trazar la rasante. Consideraciones:
1. Tener en cuenta puntos de captación o puntos de confluencia para definir el cero de la
traza.
2. La pendiente de la rasante de fondo debe ser en lo posible igual al pendiente natural
promedio del terreno (por tramos)
En cuanto al diseño típico de un canal se lo puede observar de la siguiente forma:
DISEÑO DE SECCIONES HIDRAULICAS.
Sección hidráulicamente óptima: para igual perímetro mojado o igual área conduce el mayor
caudal. En canales trapezoidales:
Esos datos están dados en función de la geotecnia del sector. A partir de la ecuación de manning
podemos obtener una sección que genera la mayor sección hidráulicamente optima, la cual es la
más económica.
No solo debemos ver los factores hidráulicos. Existen factores externos como:
 El caudal a conducir
 Factores geométricos e hidráulicos de la sección
 Materiales de revestimiento
 Topografía existente
 Geología y geotecnia
 Materiales disponibles en la zona
 Mano de obra y tecnologías actuales
 Beneficios socio – económicos del sector
Rugosidad: depende del cauce y del talud. Tener en cuenta la vegetación, irregularidad y trazado
del canal, como así también el radio hidráulico y las obstrucciones, variación de la rugosidad en el
tiempo, revestimiento, etc.
Inclinación del talud: dados en función del tipo de material.
Velocidad minima: aquella que no permite la sedimentación. Difícil de determinar. Los valores no
deben ser menores a los 0,8 m/s. valores menores a esos pueden no solo generar sedimentación
si no que benefician al crecimiento de la vegetación.
Velocidad máxima: más compleja, depende de las condiciones locales. Velocidades admisibles
que permiten evitar cualquier tipo de erosión.
Borde libre o revancha: en función de los canales.
REVESTIMIENTO DE CANALES
Finalidades y justificación: el revestimiento debe crear una barrera impermeable al paso del agua
evitando las pérdidas, proteger las tierras colindantes (evitando el colapso de los taludes) y
proteger el canal contra la erosión (aumenta la eficiencia del canal).
Se requieren menores secciones ya que el agua fluye de manera más eficiente, reduciendo el
coeficiente de rugosidad.
Evitamos el crecimiento de plantas acuáticas.
Al revestir un canal se abaratan costos de mantenimiento. A pesar de que revestir un canal es
muy costoso genera grandes beneficios a largo plazo.
El revestimiento puede ser por medio de geomembranas, Hormigón, empedrado.
FILTRACION EN CANALES.
La pérdida de caudal afecta al de diseño. Depende de:
 Permeabilidad del suelo
 Del tirante. Mayor tirarte mayor infiltración
 Temperatura
 Edad del canal. Canales nuevos tienen mayor permeabilidad
Se establecieron perdidas en porcentaje en función del caudal. A caudales pequeños las pérdidas
son mayores. A su vez también se evaluó la infiltración por medio de las siguientes formulas:
“Según Devis todo canal debe estar revestido cuando las perdidas exceden los 0,00053
cm/s.”
DETERMINACION DE FILTRACION EN CAMPO: medir en un tramo de 1 km los caudales que
entran y salen en el volumen de control. La diferencia da el caudal infiltrado, dividida la velocidad
nos da como resultado la velocidad de infiltración por m2 de canal
Otra forma se da aislando un tramo con barreras impermeables, ver la tasa de descenso, lo que
nos da como resultado el caudal erogado en función del tiempo.
Por último, podemos utilizar un Permeámetro, tubería cerrada, tipo drenes, captan el agua que
puede ser medida fuera del propio canal.
CANALES CON FUERTES PENDIENTES
Canales que superan la pendiente crítica (tipo S, visto en hidráulica). Se produce la incorporación
de aire a la masa de agua la cual modifica la densidad del flujo, generando trenes de onda,
disminución y deficiencia en el curso del canal.
Los trenes de onda se producen en rápidas (más de 60m). El tirante normal puede ser duplicado.
Los trenes de onda generan inconvenientes aguas abajo.
En caso que V sea mayor a uno es condición suficiente para la presencia de trenes de onda.
Si es menor a uno pasa a ser una condición necesaria y se confirma con M.
OBRAS EN CANALES
ACUEDUCTOS: en caso de valles presentes se construyen los acueductos, para pasar el agua a
travez de un obstáculo.
AFORADOR: estructuras diseñadas para generar una condición de flujo (por ejemplo: flujo
supercrítico)
PARTIDOS: regular los caudales que se desvían.
VERTEDEROS: pared delgada o gruesa, existen los picos de pato: el caudal erogado es mayor.
SALTOS: se construyen debido a la topografía del terreno para evitar un terraplenamiento
excesivo. Si el salto es largo se efectúa una RAPIDA que permite generar un cambio de régimen
(subcritico a supercrítico). Al final se coloca un nivel de restitución de las aguas.
Las rápidas presentan:
 Entradas: permiten controlar el flujo para evitar erosiones.
 Tramo inclinado: se sigue la superficie del agua original del terreno.
 Disipador de energía: se coloca aguas abajo, permite lograr una velocidad compatible de
restitución de las aguas.
 Salida
Diseño: valores conservadores de n de manning. Altura de muros: 0,014, para niveles de energía:
0,010.
TOMAS: lateral a un embalse. Puede ser también un Vertedero cresta gruesa, con compuertas
para regular el espejo aguas arriba.
SIFON INVERTIDO: permite sortear un obstáculo de accidente geográfico. Proceso:
Canal – toma – sifón – estructura de desembocadura – canal
El acueducto se coloca tipo puente en la parte inferior. Si las aguas no son limpias debe
efectuarse el mantenimiento del sifón el cual es bastante dificultoso (en lo posible hay que
evitarlo).
Bombeo alto costo de mantenimiento y mucho gasto de energía eléctrica.
HIDRAULICA DEL SIFON: cañerías a presión (igual a lo visto en hidráulica). Las pérdidas de
carga son compatibles con las cargas disponibles. El sifón presenta dos cámaras (entrada y
salida), por lo tanto, se aplican las leyes hidráulicas.
Podemos observar que las pérdidas están dadas en función de la energía cinética.
La sumatoria de todas las perdidas debe ser igual al ΔH (diferencia de altura entre la entrada y la
salida del sifón).
Si no se da el sifón no tiene la capacidad de transportar el caudal que viene del canal, salvo
aumentar la energía.
En cuanto a las velocidades de autolimpieza:
 Mínimas: 0,90 m/s
 Máximas: 3 a 4m/s
Ambas velocidades están dadas para cualquier época del año.
 Diámetros mínimos: 150mm (para evitar obstrucciones). Aunque se recomienda 200 mm
 Dos cañerías como minimo en el trayecto total del sifón.
ENTRADA: permitir la proyección del escurrimiento a la tubería. Se debe poder aislar para su
limpieza (a travez de compuertas o válvulas), by-pas (para poder aislar todo), desvío para
efluentes.
SALIDA: proyección, inspección, aislamiento.
 Ventilación: 1/10 a 1/15 de diámetro para lograr que los gases se evacuen al exterior.
CAIDAS VERTICALES: sortear obstáculos. Cubre desniveles de hasta 1 metro de alto. El caudal
que vierte por encima del salto se calcula con la fórmula del vertedero:


La caída vertical puede ser un aforador.
Se debe prestar atención en la incorporación de aire para evitar inconvenientes.
GRADAS: cuando el desnivel es más alto, y es costoso generar una rápida, se construyen las
gradas, las cuales presentan escalones que amortiguan y evitan la generación del flujo
supercrítico.
UNIDAD 12: EMBALSES
DISTRIBUCIÓN DEL AGUA EN EL PLANETA TIERRA
La disponibilidad del agua está relacionada con el aumento de la población, lo que esto
implica el incremento de la necesidad para el consumo, alimentos y energías.Para
aprovechar la escasa proporción de agua dulce debemos realizar obras.
EMBALSE
Gran depósito artificial de agua,
construido generalmente cerrando la
boca de un valle mediante un dique o
presa, que retiene las aguas de un río o
de la lluvia para utilizarlas en el riego,
abastecer poblaciones o producir
energía.
La idea básicamente es el
★ Aprovechamiento de los recursos
hídricos superficiales
★ Acumulación artificial de agua en un ambiente natural
★ Acopiar agua para fines de su uso y/o consumo
Ubicación
★ Generalmente construyendo un cierre interceptando un curso de agua (presa o
dique),
★ Fuera de cauce, aprovechando depresiones naturales del terreno, hacia las cuales
se conduce el agua por canales, tuberías o túneles.
El siguiente cuadro, se utiliza para el comienzo del estudio de un embalse. Debo conocer el
destino del embalse, las demandas las definen el proyectista y en base a eso voy a tener
una curva o una tabla de demanda y valores de aporte del río.
BENEFICIOS AL DESARROLLO HUMANO
★
★
★
★
★
★
★
★
Producción y el sostenimiento de la actividad humana
Garantía de servicio
Aprovechar un porcentaje mayor de la oferta natural anual
Economía: Riego
Protección contra inundaciones: laminación y contención de la crecida.
Crecimiento industrias y ciudades por la energía
Turismo y esparcimiento
Producción ictícola
PROBLEMAS
Consecuencias de la acumulación
★ Evaporación
★ Infiltración en el vaso
★ Infiltración a través de presa
★ Pérdidas de volumen útil
★ Afectación de la calidad de las aguas
★ Elevación de los niveles de las napas freáticas
★ Afectación de los cauces agua abajo
★ Riesgos sobre la población agua abajo
★ Desarrollo de enfermedades de origen hídrico.
★ Afectación a la ictio-fauna
★ Agudización de problemas de contaminación de las aguas
CAPACIDAD DE EMBALSE
★ Análisis de la oferta de agua (ya sea de un río o varios) y de la satisfacción de la
demanda de acuerdo con el uso previsto.
★ Cubrir los consumos y lograr la regulación del río (tratar de evitar desperdicios de
agua, haciendo referencia que los aportes no superen a el consumo)
★ Estudio de aportes y consumos distribuidos en el tiempo (como se va a distribuir en
el tiempo los aportes y los consumos para que los embalses no se vacíen)
FINALIDAD DE LAS OBRAS DE EMBALSE
DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD
CAUDALES APORTADOS
★ CURVA CAUDALES CRONOLÓGICOS
a partir de caudales medios diarios, realizo mi curva de caudales cronológicos, si no
tenemos como dato los aportes de los ríos es imposible empezar a determinar la capacidad
y para la planificación de una presa requiere muchos años para poder predeterminar el
volumen del mismo (caudales- tiempo). La imagen 1 representa una curva escalonada,
mientras que la segunda imagen representa una curva poligonal.
La representación de los datos es lo mismo.
En general para períodos de N años, se
representan los caudales medios mensuales.
Periodos más largos: medio mensual de todos
años.
★ CURVA DE CAUDALES CLASIFICADOS
Representa el tiempo en el año en que el caudal es
mayor que uno determinado. Ya sea un caudal
mínimo, medio o módulo
Puntos característicos
CCC: Caudal Característico Crecidas.
CC3: Caudal Característico de 3 meses.
CC6: Caudal Característico de 6 meses.
CC9: Caudal Característico de 9 meses. CCE: Caudal Característico de estiaje
★ CURVA CAUDALES ACUMULADOS
● Sumatoria de Caudales en el tiempo.
● Ordenada creciente
● Constante si aporte es nulo
A partir del volumen de agua que ha fluido por el
río en determinado tiempo, obtenemos un
APORTE
● El caudal medio entre t0 y t1 se obtiene a
través del coeficiente angular de la recta
MN, dicha relación ΔV/Δt es el volumen
escurrido en el período entre t0 y t1.
Entre M y N tenemos el caudal medio y las tangentes entre punto y punto, obtenemos
caudales instantáneos
Puntos de inflexión de la CCA, corresponden, a los caudales máximos y mínimos de la
curva de caudales cronológicos.
★ MÓDULO DEL RÍO
Es el caudal medio anual del recurso. A partir de la curva de clasificados podemos para las
diferentes aguas (altas-medias-bajas) la cantidad de días en que se dan los volumenes,
entonces el caudal modulo es el volumen dividido la cantidad de dias (no es lo mismo
porque tenemos diferente cantidad de dias en los meses, osea tiene 31dias octubre y
noviembre 30 dias)
Caudal medio anual del recurso (consumo)
Determinar por:
• Forma directa, por promedio caudales diarios.
• Determinando módulos de aguas altas, medias y bajas.
Caudales no aprovechables, lo son la infiltración y la evaporación
Caudales aprovechables, lo son agua potable, el riego, caudal ecológico, etc
ANÁLISIS DE CURVAS APORTE - CONSUMOS
La curva continua representa la de aportes, mientras que la punteada representa la de
consumo, se puede observar que en un determinado tiempo, la curva de aporte es mayor a
la de consumo y al revés en otro determinado tiempo, lo que implica que en un tiempo
vamos a poder satisfacer las necesidades, mientras que en el otro no.
DIMENSIONAMIENTO HIDRÁULICO
La capacidad útil está dada por las demandas más el volumen envasado, este está dado
por los aportes, consumos, etc.
La topografía es una curva de ALTURA vs. ÁREA, VOLUMEN.
Para poder satisfacer de forma correcta la curva se debe disponer de un vaso y de un
cierre.
TIPO DE PRESAS
PRESA: es la obra que ubicada transversalmente a un curso de agua permite la
acumulación de las aguas y su regulación.
Requerimientos:
★ IMPERMEABILIDAD: debe garantizarse la impermeabilidad del conjunto para
permitir cumplir con el objetivo.
★ ESTABILIDAD: como toda obra de ingeniería debe cumplir con condiciones de
estabilidad y seguridad.
Conforme al material, las presas se clasifican en
PRESAS DE FÁBRICA:
★ MACIZA
★ ALIGERADA
★ ARCO
MACIZA: La presión que el agua ejerce sobre la presa, por un lado tiende a hacerla
"deslizar" sobre su fundación y por otro a "volcarla" hacia aguas abajo. Las presas de
gravedad son todas aquellas en las que el peso propio de la presa es el que impide que se
produzcan alguna de estas dos situaciones. Puede alcanzar grandes alturas, y el propio
peso de la presa genera la estabilidad del cierre. son presas de hormigón sin armadura.
Los vertederos de la presa, se pueden colocar en el cuerpo de la misma, por la
envergadura que tiene.
ALIGERADA: En las presas aligeradas, para resistir el empuje del agua, se reemplaza la
utilización de hormigón en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado
por elementos estructurales tales como columnas, losas y vigas. El peso estabilizante se
distribuye entre la obra y el agua. Muy parecida a la maciza, con diferencia que tiene una
pantalla impermeabilizante.
**PANTALLA PLANA
Al ser hueca en el centro el empuje y el deslizamiento soportan los contrafuertes
generando el equilibrio necesario para evitar un volcamiento.
**BÓVEDA MÚLTIPLE
las bóvedas apoyan en los contrafuertes, no requieren armadura por trabajar a compresión
por la característica de la bóveda, pero el problema que surge cuando falla 1, se produce
una falla en toda la presa.
**CONTRA FUERTE PROPIAMENTE DICHO
ARCO: Las presas en arco transmiten el empuje del agua hacia su fundación y sus apoyos,
denominados estribos, aprovechando su forma de "cáscara".
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
Son presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún
proceso químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante procedimientos
de compactación propios de la mecánica de suelos. En su composición intervienen,
piedras, gravas, arenas, limos y arcillas, siendo denominadas como presas de escollera
cuando más del 50 % del material está compuesto por piedra y presas de tierra cuando son
materiales de granulometrías más pequeñas.
★ DE TIERRA
★ DE ESCOLLERA
COMPONENTES DE UN APROVECHAMIENTO
El hombre desarrolló en general su civilización a lo largo de un RÍO, desde la remota antigüedad.
Para ello debió estudiarlo, definir sus prioridades de aprovechamiento y realizar obras de ingeniería
que hicieran posible asegurar la provisión en tiempo y forma.
Con los caudales anuales de un rio y los requerimientos del sistema se pueden definir los
volúmenes almacenados que estos nos van a dar cuál es el tipo de presa adecuado.
*En función de la curva de aportes y demanda, gráfico 2, se puede definir los caudales que
ingresan y erogan, el tipo y superficie del embalse y la altura de la presa.
PRESA: obra de cierre. Obra transversal a un curso de agua que permite el cierre del mismo para
la concreción de un aprovechamiento y la regulación de un recurso hídrico.
EMBALSE: volumen de agua de reserva. Es el cuerpo de agua que ha sido conformado
artificialmente a partir de la construcción de una presa. “Se lo conoce como el espejo de agua, pero
no es solo eso sino que se puede utilizar para embarcaciones, donde hay vegetación, entre otras..
VERTEDERO: obra de evacuación crecidas, sacan los excedentes.
LA MAS IMPORTANTE
TOMAS: obras para aprovechamiento del recurso.
DESCARGADORES DE FONDO: Vacian el embalse en caso de ser necesario.
ESCLUSAS NAVEGACIÓN ESCALA DE PECES
CENTRAL HIDROELÉCTRICA.
Presa se le confiere los atributos de estabilidad e impermeabilización, generan la altura necesaria
para poder lograr el almacenamiento adecuado. Presa sirve mucho para la generación
hidroeléctrica, para lo contrario es inviable.
Vertedero tiene una importancia porque a partir del mismo ante una crecida extraordinaria evitamos
que el agua pase por la cota de coronamiento de la presa.
Obras de toma son las encargadas de tomar el agua del embalse y conducirla a su destino.
Central hidroelectrica, la diferencia entre la cota superior y la cota inferior es la carga disponible
para generar energía eléctrica.
Clasificación de PRESAS
 Por su aprovechamiento
PRESAS DE EMBALSE O DE REGULACIÓN: su objetivo es acumular aguas durante épocas de
crecida para su aprovechamiento en épocas de escasez, por lo tanto, definen la REGULACIÓN
DEL RECURSO. (Parcial o Totalmente)
PRESAS DE DERIVACIÓN: destinado a elevar el nivel de las aguas para su posterior derivación y
aprovechamiento.
PRESAS DE RETENCIÓN: generadas para amortiguar CRECIDAS, es decir recepcionar las aguas,
producen su retención periódica y la evacuación de las mismas en forma sistematizada.
Una presa puede cumplir con las tres clasificaciones, usualmente lo hacen.
 Por su función
PRESAS DE USOS ÚNICOS: su objetivo es específico y en general son destinadas por ejemplo a
la retención de crecidas, aprovechamientos mineros. PRESAS DE USOS MÚLTIPLES: destinadas
a diversos aprovechamientos: hidroelectricidad, riego, amortiguación de crecidas, retención,
regulación, distribución, agua potable, recreación y turismo.
Por su característica hidráulica
Pos sus materiales de construcción
VERTEDEROS EN PRESAS.
Es la estructura HIDRÁULICA generada a los efectos de permitir la transferencia de caudales de
excedencia desde la zona de almacenamiento hacia aguas abajo de la presa.
IMPORTANCIA
Constituye un elemento esencial para la SEGURIDAD DE LA OBRA.
Es la estructura que permitirá evitar el paso de las aguas por sobre coronamiento.
Muchas fallas y roturas de presas se iniciaron en un incorrecto funcionamiento de su
VERTEDERO.
REQUERIMIENTOS
Ser una obra:
Adecuadamente diseñada
Adecuadamente ubicada
Compatible con el tipo de presa
CRITERIOS DE DISEÑO:
★ Evaluar la crecida MÁXIMA PROBABLE compatible con el tipo de presa y la seguridad a dar
a la obra.
★ Evaluar la relación aguas arriba –aguas abajo del embalse, a efecto de hacer frente a
situaciones extremas con MÍNIMOS RIESGOS.
★ Adaptación al tipo de obra PRINCIPAL, la presa, tanto en cuanto a los materiales como a la
ubicación de las obras, donde se va a colocar respecto al tipo y forma de la presa.
★ Evaluar la importancia de las restantes obras de evacuación: tomas, descargadores de
fondo, central hidroeléctrica a los efectos de obtener una relación BENEFICIO –COSTO
compatible con el emprendimiento.
CRECIDA DE DISEÑO: La crecida de diseño dependerá TIPO DE PRESA (materiales sueltos
o de fábrica); de la capacidad del embalse y de la forma de la garganta y del embalse; y de las
condiciones aguas abajo.
★ Según el tipo: Materiales sueltos: nunca debe pasar el agua por encima del coronamiento.
Fábrica: el agua en una condición extrema puede pasar por sobre el coronamiento, con las
posteriores reparaciones. No debe producirse en forma periódica.
★ Según las condiciones aguas abajo: Tipo de población y densidad de la misma. Ubicación
de la población y de sus características, riesgos asumidos. Sería básicamente que daños
sucedieran si la presa falla.
★
PARTES: OBRA DE CONTROL, es el vertedero propiamente dicho, en general son de cresta
gruesa –CANAL DE DESCARGA –ESTRUCTURA DE DISIPACIÓN, es en función de lo que
tenemos abajo.
Clasificación de acuerdo con la ESTRUCTURA DE CONTROL, que sería la cota del vertedero,
que nos define el maximo espejo de agua.
★ CRESTA FIJA
Vertederos con alto coeficiente de seguridad.
Requiere de mayores superficies de expropiación.
Tiene como desventaja que es complicado el proceso de manejo del embalse.
★ CRESTA MÓVIL, se logran con compuertas.
Requieren un óptimo mantenimiento
Tienen menor superficie de expropiación
Permiten un excelente manejo de embalse.
Permiten menor expropiación
Pueden operar con diferente cota de umbral
Evacuación está diagramada conforme a la apertura del sistema
CONFORME A SU FUNCIONAMIENTO Y UBICACIÓN
★ VERTEDERO SOBREPRESA
El vertedero se ubica directamente sobre el perfil de la presa, forma parte de la misma y el ingreso
del agua es frontal.
Se usa en presas de fábrica
Pueden tener o no incorporados sistemas de paso entre márgenes
Ocupan en general solo una parte de la garganta total de cierre
★ CANAL LATERAL
Se realiza cuando uno no puede descargar al pie de la presa, porque las condiciones del suelo no
son lo más óptimas para hacer la disipación, se trata de alejar la energía cinética lo más lejos de la
presa por eso se genera un canal lateral.
El agua ingresa con una altura variable y en dirección longitudinal
Debe descargar en un sistema auxiliar
Propio de gargantas estrechas
★ CANAL DE DESCARGA
Restituye el canal
Presas de materiales sueltos
Vertederos de gran amplitud
Aptitudes del cierre y posibilidades ubicación
En todos los casos se conforma por los tres sectores: estructura de control –estructura de
conducción –estructura de disipación.
★ VERTEDERO POZO
Protección aguas abajo
Funcionamiento mixto, aliviadero y/o sumidero
Garantiza CAUDALES CONSTANTES aguas abajo
Son vertederos que pueden ubicarse en cualquier punto del embalse,
Tienen una importante extensión para vertido, amplio desarrollo estructura de control
A medida que crece la cota el caudal erogado se vuelve asintótico, es decir constante.
★ VERTEDEROS SIFÓN
Controlan muy bien las condiciones aguas abajo
CONFORME A SU SISTEMA DE DISIPACIÓN
★ DESCARGA LIBRE
Cuenco es el lecho del rio
Importante capacidad de la roca para recibir el impacto
★ SALTO SKY
El salto se produce a una altura compatible con las velocidades del agua.
Disipa por la condición misma de la estructura.
Vertederos para evacuar grandes crecidas y con mínimos espacios para su
ejecución.
PRESAS DE MATERIALES SUELTOS
◦DE TIERRA
◦DE ESCOLLERA
Son presas de gravedad en las que materiales provistos por la naturaleza no sufren ningún proceso
químico de transformación, siendo tratados y colocados mediante procedimientos de compactación
propios de la mecánica de suelos. En su composición intervienen, piedras, gravas, arenas, limos y
arcillas, siendo denominadas como presas de escollera cuando más del 50 % del material está
compuesto por piedra y presas de tierra cuando son materiales de granulometrías más pequeñas.
Pueden ser:
Presas HOMOGENEAS
Presas HETEROGENEAS
Presas MIXTAS
PRESAS HOMOGÉNEAS
Conformadas por un único material, este material nos genera impermeabilidad y estabilidad.
Pueden presentar drenes
•En el pie del talud
•En el cuerpo de la presa
PRESAS HETEROGÉNEAS
Conformadas por distintos materiales, limos, arcillas, rocas..
Pueden presentar
•Núcleo impermeable
•Taludes de roca
PRESAS MIXTAS
Conformadas por distintos materiales, limos, arcillas, rocas………donde la impermeabilización se
confiere a una pantalla de hormigón.
Pueden presentar drenes
Diagramación especial en contacto con la pantalla
Puede ser de tierra o de escoria
De tierra
Elementos componentes:
Pueden tener distintos diseños.
Ajustarse al terreno de fundación
Tener núcleos de impermeabilización con diferentes diseños y tipos de suelos.
★ Ubicación del vertedero: Alejado de la presa, como un vertedero de descarga.
★ Ubicación del vertedero: Próximo a la presa, constituye un vertedero de descarga tipo sobrepresa.
★ Ubicación del vertedero: En la presa misma, pero independiente desde el punto de vista
estructural.
★ Ubicación del vertedero: En la presa en cuyo caso debe estar adecuadamente diseñado y
protegido tanto el vertedero como la presa.
Verificación HIDRAULICA: Trazado de la línea de saturación.
Verificación ESTATICA
Estabilidad Estática: verificación de estabilidad al deslizamiento de los taludes.
Estabilidad Interna: permanencia de la funcionalidad de cada una de las partes de la presa, en
especial núcleo y/o pantalla de impermeabilización.
Estabilidad Dinámica: en el caso de que la sismicidad del área de emplazamiento sea de particular
interés.
Estabilidad ESTATICA: Coeficiente de seguridad frente al deslizamiento sea aceptable.
Fuerzas consideradas: peso propio, fuerzas de filtración y presión intersticial.
Factores de seguridad al deslizamiento:
1. En construcción, final de la Construcción:
1.25 Aguas arriba y abajo
2. Operación a largo plazo, embalse lleno:
2.25 1.5 Aguas arriba y abajo
3. Desembalse rápido:
3.25 1.2 Aguas arriba
4. Carga sísmica
1.1 Aguas arriba y abajo
En este tipo de presas los principales movimientos a considerar son:
•Peso propio: (que va variando en función del incremento de altura de la presa, y con las tongadas
sucesivas)
•Peso del agua: que actúa sobre el paramento de aguas arriba.
•Compresibilidad de la cimentación: con asentamiento máximos en el eje de la presa y mínimo
hacia los bordes.
Conforme al sistema de construcción son presas que están sometidas a presiones intersticiales, las
que varían en las diferentes etapas de construcción y a partir de la finalización de la misma.
En general son consideradas NULAS lo que da un mayor coeficiente de seguridad.
Estabilidad INTERNA: la que surge como consecuencia una figuración y con ello el fenómeno de
sifonamiento.
FISURAS LONGITUDINALES:
Coronamiento: consecuencia de una deformación de los terraplenes o un asentamiento de
fundación (incorrecta compactación)
FISURAS INTERIORES: en núcleos inclinados y fundación comprensible, o bien en cimentaciones
rocosas con salientes.
Efecto de arco en el material del núcleo cuando apoya en laderas menos compresibles.
Para evitar FISURAS es necesario:
•Regularizar estribos, evitando irregularidades locales.
•Construir y embalsar por ETAPAS
•Exigir BUENAS COMPACTACIONES.
•Proyectar núcleos gruesos donde se tienen riesgos de posibles fisuraciones.
•Facilitar corrimientos y descensos de este tipo de presas.
•Aumentar el porcentaje de humedad durante la construcción, sobre todo en la parte alta de la
misma.
DE ESCOLLERA
Características Generales
 Se construyen con elementos naturales con nula o limitada cohesión.
 Los materiales se emplean casi tal y como se encuentren en le naturaleza (mas un
apisonado).
 Resultan en principio más económicas que las de hormigón.
 Son más adaptables a todo tipo de terrenos
Limitación: cuando se ven sobrepasadas, cuando escurre agua por sobre el coronamiento de la
presa se genera la falla total.
 En pequeñas instalaciones rurales se destruyen con frecuencia y se reconstruyen
fácilmente. Por ejemplo los terraplenes que se construyen para contener pequeñas
cantidades de agua.
 Para grandes presas – hoy que evitar el sobrepaso.
 Se diseña, órganos aparte para evacuar los caudales excedentes.
 Se adaptan mejor que las de fábrica a terrenos de baja consistencia, gracias a la
adaptabilidad de los materiales y a la variedad de soluciones
Tipos: Según el material constituyente (mas del 50% del total):
 de escollera (bloques y gravas).
 de tierra (gravas, arenas o elementos más finos).
Según el elemento impermeabilizante (generalmente también es natural)
Presas de tierra del tipo compactado
En esta clase, primero se describen:
a) Homogéneas – Homogéneas Modificadas (porque se puede modificar la granulometria)
b) Heterogéneas con núcleo o Compuestas
c) De diafragma o pantalla
Luego se establecen criterios para los proyecto de:
a) Cimentación en presas
b) Núcleos y Filtros
c) Terraplenes
d) Coronamiento
e) Resguardos y peraltes
Presas Homogéneas:
 El terreno adyacente suministra materiales de suficiente impermeabilidad para poder hacer
toda la presa, es decir tiene que haber suficiente cantidad de material para construir la presa y
el mismo tiene que ofrecerle la impermeabilidad que requiere.
 Cuando tienen cierta altura requieren elementos complementarios.
 El material debe ser de baja permeabilidad (Arcillas o limos, o mezcla de arenas o gravas con
alta proporción de finos)
 Los taludes son bastante tendidos (2H/1V a 4H/1V)
En el paramento libre,es decir el paramento que se encuentra aguas abajo, en el punto de salida
hay un potencial definido por la línea equipotencial(gamma*h) en ese punto. Cuando la línea de
saturación sale a la superficie, toda la porción de la presa inmediata a la zona del paramento estará
sometida a presiones intersticiales definidas por los potenciales.
Una porción de la presa estará sometida a:
- un empuje (sobre sección B-B0 ).
- una flotación (sobre B0 – C)
Si el rozamiento y la cohesión son insuficientes para contrarrestar esas fuerzas la cuña se
desprenderá también existe una erosión superficial en el talud.
El proceso podría degenerar en un deslizamiento más profundo
SOLUCIONES
Añadir un espaldón permeable aguas abajo: colocar un sector con un material más grueso el mismo
tiene que cumplir con las condiciones de que sea altamente impermeable, no sea erosionable. Este
espaldon genera un peso a la presa y controla los escurrimientos que se van a dar por la propia
filtración de agua.
La misma red de corriente, pero el material del dique en la zona AD en vez de tener la presión
atmosférica, estará sometido a la contrapresión debida al peso del espaldón.
Otra solución: Provocar el descenso de la línea de saturación de forma que no alcance el
paramento libre disponiendo una capa horizontal de material permeable de escaso volumen
denominado DREN. M es la masa seca estabilizante que es parte de la propia presa.
Esta solución genera un presa más pesada ya que de un lado tenemos el peso propio del material y
del otro tenemos el peso del material saturado y a su vez logramos controlar las filtraciones propias
de la presa.
Presas Homogéneas Modificada:
Este efecto puede reforzarse con una serie de capas drenantes paralelas para garantizar que la
línea de saturación se aleja francamente del paramento libre.
También sirven para facilitar el drenaje del agua de lluvia que podría empapar el talud desde arriba
y hacer subir la línea de saturación.
Capas drenantes horizontales deben construirse en forma de peine (si el material escasea)
Capas Drenantes: Los drenes superiores adelantan el efecto y acortan el período transitorio.
Conforme se multiplican, complican y encarecen la obra. Tienden a producir estratificación y
anisotropía.
Dren Chimenea: Más Eficaz que los drenes paralelos. Puede ser:
El dren se construye con gravas a su lado tienen un manto filtrante para evitar que los materiales
finos vayan obturando el propio dren.
Ventajas




Es más eficaz, en todo la altura,
mayor sencillez y continuidad que los drenes horizontales.
permite el control de las presiones intersticiales durante todo el proceso constructivo.
evita la tendencia a la estratificación horizontal.
Todos estos dispositivos,disminuyen el recorrido del agua, aumentando del gradiente y de la
velocidad de filtración. En general no genera inconvenientes, dado que el material de estas presas
es de permeabilidad suficientemente baja para que una duplicación o triplicación del gradiente sea
aceptable.
En general se usan más los drenes, que el espaldón estabilizador. El espaldón puede ser útil si se
trata de reforzar una presa en condiciones deficientes de estabilidad, pues es una obra externa.
El drenaje produce los siguientes efectos:
- Baja la línea de saturación creando una masa seca que produce una contrapresión que contiene
la posible fuga de finos en el borde de salida.
- Al dejar libre de presiones intersticiales la cara seca se aumenta la estabilidad al deslizamiento.
- Permite medir el caudal filtrado y observar si el agua sale limpia o si arrastra finos
Cuando se utilizan drenajes
Los drenajes empiezan a ser convenientes o necesarios para presas superiores a unos 6 m.
Para presas más bajas, las presiones intersticiales y las velocidades son insuficientes para provocar
el arrastre de finos.
Para Presas con alturas de varias decenas de metros, pueden no bastar los drenes; por lo que son
muy raras las presas homogéneas que exceden los 50 m.
Filtros: El Dren debe tener huecos de suficiente diámetro como para que el agua pueda pasar
con facilidad por ellos, porque sólo así se logra hacer una llamada a las líneas de corriente y bajar
la de saturación. Pero esos huecos permiten también el paso a los finos arrastrados por el agua
cuyo tamaño sea inferior al de esos huecos, su control se logra mediante filtros.
 Filtro Teórico: Dos elementos P fina y D gruesa (ambos de granulometría homogéneas).
Capas 1 y 2 de granulometrías progresivas tales que los huecos
de cada capa sean menores que el diámetro del árido de la
anterior Ese conjunto de capas entre los dos medios P y D
constituye un filtro y permite alcanzar el objetivo del drenaje:
“dejar paso al agua sin lavado de los finos de la presa”
Los materiales naturales tienen una granulometría variada. Sólo
puede decirse que los huecos de un material de tamaño variados no
dejan pasar los granos de otro de granulometría también variada de una manera estadística. Según
las características granulométricas de P y D puede bastar una sola capa intermedia de filtro. En el
caso de un espaldón drenante también se requiere un filtro.
La tecnología de los filtros es compleja y requiere un estudio completo. El filtro es fundamental para
la estabilidad interna de la presa:
- Evita emigración de sus finos hacia el exterior
- Posibilita el cierre de las fisuras que casi indefectiblemente se forman en las zonas con materiales
cohesivos finos.
Los filtros deben colocarse en toda zona en la que se encuentren en contacto materiales de
granulometrías muy diferentes
Cuando la migración puede ser favorecida por la corriente infiltrada; esos filtros se llaman filtros
críticos.
Otros que no se encuentren en la parte de las líneas de filtración del embalse hacia fuera o sin
componente de la velocidad que los atraviese tienen menor riesgo de arrastre y se califican como
filtros no críticos.
Presas Heterogéneas con Núcleo Central
Presa homogénea requiere un drenaje con filtros
Presa heterogénea quedan separadas la función impermeabilizadora, encargada a un núcleo,
pantalla o difragma, y la función de forma y peso, cumplida por el conjunto, con el empleo de
materiales que no requieren cualidades especiales. Con esto, se consigue un tipo adaptable a toda
clase de materiales y, sobre todo, al empleo de los más abundantes, que suelen ser las gravas y
arenas.
Presa con núcleo central: El núcleo impide el paso del agua desde el embalse.
Divide la presa en dos partes o en espaldones:
Espaldón aguas arriba, saturado, sirve de sostén a sí mismo y al núcleo.
Espaldón aguas abajo debe ser tal que el espaldón sea estable frente al empuje hidrostático.
Los taludes suelen ser relativamente similares en ambos paramentos (presa isósceles) y más o
menos tendidos según los materiales empleados y la constitución del cimiento. El espaldón de
aguas abajo debe ser lo más permeable posible para que la línea de saturación, después de
atravesar el núcleo, baje con rapidez y el espaldón quede libre o casi libre de presiones internas.
Pero la gran utilidad de estas presas reside en el empleo de los materiales cercanos disponibles.
Relación de permeabilidades necesarias para que el drenaje sea efectivo: 1/100. En general suele
cumplirse al emplear para espaldones el llamado todo uno.
Cuando no sea así, habrá que intercalar entre el núcleo y el espaldón un dren chimnea para drenar
el núcleo del agua infiltrada y el propio espaldón de la de lluvia. Este dren deberá estar protegido
con filtros en ambos lados.
La condición critica de estabilidad de ese espaldón aguas arriba se produce al suceder un
desembalse rápido. El espaldón aguas arriba se quede sin parte del empuje hidrostático; y si el
descenso es rápido, el agua intersticial, de filtración lenta, no puede seguir ese descenso y sigue
conservando sus presiones intersticial, de filtración lenta, no puede seguir ese descenso y sigue
conservando sus presiones internas anteriores, produciéndose un desequilibrio que puede
degenerar en un deslizamiento hacia el embalse, de forma similar al de una ladera.
Otra posición posible es la inclinada junto al paramento mojado: Hay un solo espaldón. Aguas arriba
del núcleo sólo se coloca material protector.
El volumen de la presa no suele ser afectado por la posición del núcleo.
Ventajas del núcleo vertical
a) Mayor compresión al terreno de fundación (favorece a la impermeabilidad de la fundación).
b) b) Para igualdad de impermeabilidad, el vertical require menor espesor.
c) El inclinado, la intersección con el terreno se corre hacia aguas arriba cuando éste es más
profundo (puede caer fuera de la zona de inyecciones).
d) En un núcleo vertical no hay problema de realizar nuevas inyecciones del núcleo durante la vida
de la presa, pues se hacen desde coronación (con el inclinado hay que disminuir el nivel del
embalse.
e) Son más estables contra la fisuración. En los núcleos verticales puede formarse un arco de
descarga debido a la cohesión que mantiene una cierta zona alta del núcleo suspendida y apoyada
en los espaldones.
f) Mejor comportamiento sísmico.
g) Se puede inyectar el cimiento mientras se sigue construyendo la presa.
h) La presa se puede construir con independencia del núcleo, haciendo éste en el período más
conveniente incluso al final.
La mayor parte de los núcleos son verticales
El volumen mínimo que cumple las condiciones de estabilidad de ambos paramentos suele
conseguirse con una inclinación del eje del núcleo Del orden de 0,5h / 1V. Con esto se cumple
prácticamente todas las ventajas del núcleo vertical.
Presas de Pantallas y Diafragmas
Cuando NO hay materiales aptos para el núcleo es preciso acudir a elementos artificiales de
impermeabilización. El coste de la presa en su conjunto decide la solución.
Las pantallas artificiales: se apoyan sobre el paramento de aguas arriba.
Los diafragmas: son pantallas verticales situadas en el centro, entre los espaldones.
Se prefieren las pantallas antes que los diafragmas (son difícilmente revisables y sólo reparables
con inyecciones).
Las pantallas más usadas son:
 Bituminosas: son flexibles y adaptables a los asientos previsibles de las presas.
 Hormigón: son más rígidas.
 Los diafragmas son mucho menos usados, y en su mayoría bituminosas
Las pantallas artificiales tienen las siguientes ventajas:
a) Dada su posición en el paramento aguas arriba, toda la presa colabora en la resistencia al
empuje hidrostático.
b) El contacto de la pantalla con la presa no requiere filtro y sólo una transición, más sencilla de
construir.
c) Los taludes suelen ser más pendientes que los de las presas con núcleo.
d) Al ser exteriores, son revisables y con ciertas limitaciones, reparables.
e) Si se produce alguna fisura o grieta, no hay peligro de una degeneración progresiva por lavado,
como puede ocurrir en un núcleo.
f) Sirven de protección contra las olas, sin adición de otro elemento.
g) Su construcción es independiente de la del resto del dique y relativamente rápida.
Materiales para Espaldones
Función de los espaldones: dar forma y estabilidad a la presa.
Cualidades requeridas:
 que tenga peso (todos los suelos lo cumplen).
 que sea permeable para que drene (condición sólo deseable).
El material más usado y más económico es el todo-uno.
Cuando hay buenas canteras próximas, los espaldones pueden ser de escollera, que drena muy
bien y es muy resistente, por lo que da menor volumen que el todo uno.
En roca de aceptable consistencia, las presas de escollera con pantalla exterior permiten utilizar
taludes más estrictos y lograr una economía de volumen.
Los materiales para drenes y filtros se obtienen también del entorno, pueden requerir una cierta
selección por cribado o lavado o su obtención en cantera, según los casos.
Estos tratamientos son admisibles porque son elementos fundamentales más exigentes.
Criterios de Diseño
El coste total mínimo.
Factores que afectan:
 Función de la obra - derivación o de almacenamiento - vaciado previsiblemente lento o
rápido
 Materiales utilizables: deben ser los más próximos y económicos.
 Características de la cerrada.
 Clima y tiempo disponible para su ejecución: La disponibilidad de tiempo y la pluviosidad
pueden afectar a la definición de la presa homogénea, núcleo central o inclinado o incluso
pantalla.
 Geología y sismología: la geología influye en la obra principal y en el proyecto de todas
las obras anexas.
 Importancia de la obra: influye en la cuantía de los daños. Si es de gran importancia
puede requerir mayores gastos en estudios, reconocimientos y tratamientos.
PRESAS ALIGERADAS
En las presas aligeradas, para resistir el empuje del agua, se reemplaza la utilización de hormigón
en grandes masas por un cuerpo resistente más liviano integrado por elementos estructurales tales
como columnas, losas y vigas. La presión del agua, distribuida a lo largo de una superficie, se
transforma en fuerzas concentradas y se "conduce" a los apoyos de la presa mediante elementos
planos y lineales.
Este tipo de presas nacen con el objetivo de ahorrar material y optimizar el comportamiento a partir
del diseño de una presa de gravedad.
En la presa ALIGERADA se ha logrado a través de su diseño el reemplaza de hormigón por la
presencia de una columna de agua que define el peso requerido para mantener estabilidad.
VENTAJAS
• Ahorro de material respecto a una presa de gravedad, por la contribución del peso del agua.
• Disminución de subpresión.
• Pueden adaptarse planimetricamente lo que permite ir diseñando conforme a la roca de apoyo de
más alta calidad.
• Los desvíos del río son sencillos y económicos.
• Al tener menor volumen de hormigón permiten ejecución en zonas frías en menores tiempos.
• Visualización rápida de fallas y/o perdidas.
DESVENTAJAS
• Alto costo de mano de obra.
• Encofrados importantes y con formas especiales de acuerdo al tipo de presa aligerada.
• Dificultades en el desencobrados.
• Hormigones de alta calidad.
• Mas susceptibles a filtraciones, a lo largo de sus diferentes componentes.
• Requieren de un prolijo análisis respecto a la ubicación y definición del tipo de vertedero.
PANTALLA PLANA – AMBURSEN: La cabeza es reducida para apoyar la losa de hormigón
armado, que va a conformar la estructura que contendrá el agua. El talud aguas arriba está en los
45° y cuentan con juntas en la unión contrafuerte – losa.
BOVEDA MULTIPLE: La cabeza es reducida para apoyar la losa de hormigón armado, pero las
fuerzas actuantes deben equilibrarse entre dos bóvedas contiguas. Son presas que ante una falla
de una de las bóvedas implican la rotura total por efecto en cadena.
TIPOS DE CONTRAFUERTES
UBICACIÓN DE VERTEDEROS
La disposición del vertedero debe ser analizada:
Por su ubicación.
Por el tipo de perfil y conforme al sistema de aligerado.
Puede estar INTEGRADA EN LA PRESA en cuyo caso deberá conformar UN ESQUEMA DE
CONTRAFUERTE CERRADO POR LA CABEZA Y POR EL PIE.
La disposición del vertedero debe ser analizada:
Por su ubicación.
Por el tipo de perfil y conforme al sistema de aligerado. Puede estar ALEJADA DE LA PRESA
CONFORMANDO UNA ESTRUCTURA INDEPENDIENTE.
PRESAS DE ARCO
Son aquellas donde la forma es la encargada de resistir el empuje del agua, es decir le da
estabilidad e impermeabilidación.
El empuje del agua en este caso se transfiere en forma TRIDIMENSIONAL hacia las laderas y
hacia la fundación, lo que determina que la roca de estribos y de base debe tener calidad y
resistencia. Tienen marcada esbeltez y trabajan como arco o cáscara trasmitiendo la presión
hidrostática horizontal hacia los ESTRIBOS en las paredes de la garganta, o al conjunto estribosfundación.
REQUISITOS: Las gargantas en este caso son estrechas, profundas y rocosas, tienen forma de V o
de U y la relación L/H optima está entre 3 y 3,5.
Arco SIMPLE: es aquella en la que su propia forma es la encargada de resistir el empuje del
agua. Debido a que la presión se transfiere en forma muy concentrada hacia las laderas de la
cerrada, se requiere que ésta sea de roca muy dura y resistente.
GARGANTA: tiene forma de V y en este caso el paramento aguas arriba se mantiene vertical. Son
presas que tienen un UNICO RADIO por lo que en el plano tiene la forma de arco el que con el
mismo radio será variable conforme a la altura.
Doble CURVATURA: cuando la presa tiene curvatura en el plano vertical y en el plano horizontal
definirá una ménsula en el primer caso y un arco en el segundo. Para lograr sus complejas formas
se construyen con hormigón de alta calidad y requieren gran habilidad y experiencia en sistemas
constructivos.
Ventajas:
• Requieren un menor volumen de hormigón.
• Son estructuras que trabajan en su totalidad, compatibilizando los esfuerzos de arco con los de
ménsula.
• Tienen mínima subpresión.
• Permiten su construcción en zonas frías, donde las restricciones impuestas por el clima son
severas.
Problemas:
• Requieren de hormigones de excelente calidad, con contenidos importantes de cemento.
• Solo pueden ejecutarse cuando las características de la roca lo permiten.
• Deben considerar acciones por temperatura.
• Requieren procesos de construcción complicados y de máximo control.
CONSTRUCCIÓN
La primera fase en este caso es el encaje de la presa en la cerrada. Como es un primer tanteo se
prescinde en ella de cálculos complicados, haciendo hipótesis muy singulares, pero suficientes.
Los estribos deben analizarse detenidamente:
• Los arcos deben quedar bien introducidos en las laderas, buscando a su vez roca sana.
• La incidencia arco – apoyo debe ser lo más perpendicular posible.
• Frente a la presencia de diaclasas o fisuras sobre todo en el sentido del deslizamiento estos
sectores de las laderas deben ser eliminados.
• El espesor del empotramiento debe ensancharse lo suficiente como para absorber la diaclasa.
VALORES ADMISIBLES PARA EVITAR LA COLOCACIÓN DE ARMADURAS
Esfuerzos a considerar:
1. PRESION HIDROSTÁTICA
2. PESO PROPIO
3. EMPUJE HIDROSTÁTICO
4. EFECTO TÉRMICO, de la dilatación y contracción. En la parte superior la presa tiene un ancho
mucho más chico, por lo que llegan a tener gradientes son muy altos entre la temperatura ambiente
en contacto con una de las caras de la presa y la temperatura del agua en contacto.
5. EFECTO SÍSMICO.
Cálculo
El método más primitivo consideraba arcos horizontales independientes y empotrados en las
laderas con sobrecarga de empuje hidrostático uniformemente distribuido.
Hacia los años 30 surge el método de «cargas de prueba» en este método se considera elementos
horizontales (arcos) y verticales (ménsulas), trabados entre sí y trabajando en forma conjunta.
El empuje hidrostático se supone compuesto y se dividirá entre arco y ménsula, determinando un
número de unidades conforme a las características de la estructura, y con esta hipótesis se
determinan: DEFORMACIONES EN AMBOS ESQUEMAS En primer término tendremos DOS
CORRIMIENTOS diferentes.
OBJETIVO: Llegar a dos corrimientos equivalentes, proceso iterativo hasta que las deformaciones o
desplazamientos tanto del efecto de ménsula como del efecto de arco sean compatibles,lo que
determinará las tensiones y su distribución.
Se van realizando tanteos hasta conseguir este equilibrio para lo que se va diagramando la forma
de la presa, espesores y curvatura.
Es un método laborioso donde en general la simplificación requerida define el ajuste solo en
relación con la CURVATURA.
Desplazamiento en ambos sentidos deben ser IGUALES