INSTITUTO Tecnológico DE CAMPECHE ING.CIVIL MV6 MATERIA: Hidrología Superficial. TEMA 5: Avenida Máxima. ALUMNO: Mut Chuc Braulio Adrian. 20470184 DOCENTE: Jose Luis Pacheco Flores San Francisco de Campeche, Campeche a 25 de mayo 2023 De acuerdo con el ciclo hidrológico, el escurrimiento se puede definir como la porción de la precipitación pluvial que ocurre en una zona o cuenca hidrológica y que circula sobre o debajo de la superficie terrestre y que llega a una corriente para ser drenada hasta la salida de una cuenca o bien alimentar un lago, si se trata de cuencas abiertas o cerradas, respectivamente. Cuenca: La cuenca es aquella superficie en la cual el agua precipitada se transfiere a las partes topográficas bajas por medio del sistema de drenaje, concentrándose generalmente en un colector que descarga a otras cuencas aledañas, o finalmente al océano. La cuenca hidrológica, junto con los acuíferos, son las unidades fundamentales de la hidrología. Aforos: La medición de la velocidad de una corriente, la información geométrica de la sección donde se mide y el registro de los niveles del agua, proporcionando la base para el volumen que pasa por el cauce en una unidad de tiempo; a este proceso de cuantificación se le da el nombre de aforo. 5. AVENIDA MÁXIMA. Se define como avenida máxima al máximo caudal que se puede presentar a la salida de una cuenca y siempre será consecuencia de una lluvia máxima. Se define como lluvia máxima a la mayor altura de agua que meteorológicamente puede darse durante un tiempo dado y en un periodo de tiempo fijado. Estudio hidráulico Las partidas importantes de los estudios hidrológicos son el caudal, la escorrentía y la sedimentación. Los datos necesarios sobre el caudal y escorrentía son: a. El caudal máximo o de inundación para proyectar las obras de ingeniería b. El caudal mínimo para calcular los abastecimientos de agua c. El total anual y su variación para diversas formas de planificación y diseño En una cuenca no aforada es aquella que no cuenta con un registro de información de la misma velocidad de corriente, información geométrica y registros de niveles de agua En el caso de que se desee saber los datos anteriores y no se cuente con aforos de la cuenca y los alrededores se recomienda lo siguiente: a. Investigación y cálculo de campo visitando el cauce y viendo las marcas más altas del agua para calcular los caudales de la avenida midiéndolas, calculando la velocidad empleando la fórmula de Manning. Q = A*V Dónde: Q es el caudal en volumen, A es la superficie del caudal transversal y V es la velocidad en metros por segundo. b. Medición del caudal del agua Se pueden emplear flotadores de superficie para un cálculo aproximado de la velocidad. Se puede hacer mediciones más precisas mediante el uso de un medidor de corriente. c. Calculo del caudal máximo Entre las muchas ecuaciones empleadas la formula empírica la más popular es: Q = (1/360) C.I.A Dónde: Q es el caudal máximo, C es el coeficiente de escorrentía, I es la intensidad máxima para una frecuencia elegida, A es el área de una avenida. 5.2 ESCURRIMIENTO EN CUENCAS AFORADAS. Como se había dicho una cuenca define como una depresión de la superficie de la tierra o también como un valle rodeado por alturas. Una cuenca aforada de la cual se cuenta con la medición de la velocidad de una corriente, la información geométrica de la sección donde se mide y el registro de los niveles del agua, proporcionando la base para el volumen que pasa por el cauce en una unidad de tiempo. El escurrimiento o escorrentía se puede definir como la relación entre la lámina de agua precipitada sobre una superficie y la lámina de agua que escurre superficialmente. También la dirección y la velocidad de la tormenta con respecto a la dirección general de escurrimiento en el sistema hidrográfico de la cuenca, tiene una influencia en el caudal máximo resultante y la dirección del escurrimiento superficial. En general las tormentas que se mueven en el sentido de la corriente producen caudales de descarga mayores que las que se desplazan hacia la parte alta de la cuenca. Aunque la lluvia es el factor más importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento no es el único. Existen condiciones meteorológicas generales que influyen aunque sea de una manera indirecta en el escurrimiento superficial como es el caso de la temperatura, la velocidad del viento, la humedad relativa y la presión barométrica. Hidrógramas utilizados. Un hidrograma es un gráfico continuo de tiempo contra gasto sobre una unidad de tiempo, producido por una lluvia de cualquier magnitud para una duración especifica. Puede ser resultado de un proceso en uno, es la huella digital de la cuenca y captura la relación lluvia - escorrentía en una cuenca y resultado de: - Condiciones meteorológicas - Condiciones de uso de suelo La mayor parte de los estudios y proyectos de obras de ingeniería civil incluye el dimensionamiento de los elementos de la cuenca evitándolos en los proyectados, aguas arriba o aguas abajo. Aunque este tipo de cálculos pueden adaptarse a la meteorología común, sus aspectos básico dirección normalmente en los datos e hipótesis del partido. Se manifiesta en una dirección del caudal máximo de descarga dirección y velocidad de las tormentas dirección y velocidad con que se desplaza la tormenta respecto a la dirección general del escurrimiento en el sistema hidrográfico de la fuerza tiene una influencia notable en el caudal máximo resultante y en la duración del escurrimiento superficial en general las tormentas en el sentido de la corriente produce caudales descargas mayores que las que se desplaza hacia la parte alta de la Cuenca Aunque las lluvias es el factor más importante que afecta y determina la magnitud de un escurrimiento Qué es el único que debe considerarse existen condiciones meteorológicas generales que influyen Aunque de una manera indirecta en el escurrimiento superficial como es el caso de la temperatura la velocidad del viento la humedad relativa la presión barométrica es etc. Un hidrograma es una gráfica continúa tiempo contra gastos producida por una lluvia de cualquier magnitud para una duración específica. 5.3 ANÁLISIS DE LAS AVENIDAS MÁXIMAS. En general la aplicación de la Hidrología Superficial en el diseño, construcción y operación de una obra hidráulica se puede resumir en encontrar la solución a las siguientes tres cuestiones: 1. De qué cantidad de agua se dispone en la corriente y cuáles son sus propiedades físicas. 2. Cuánto volumen de material sólido transporta la corriente. 3. Cuál es la magnitud de las avenidas o crecidas en la corriente y cuándo se presentan. Es la tercera pregunta la más difícil de contestar, la que mayor información requiere para ser evaluada y quizá, la más importante, sobre todo en obras o estructuras hidráulicas cuyo fin sea dar paso o controlar el agua proveniente de hidrología superficial. Tales avenidas. Son ejemplos de dichas estructuras: las obras de excedencias(vertedores), en las presas de almacenamiento, control o derivación, los puentes y alcantarillas, los diques de encauzamiento, los bordos de defensa, los sistemas de drenaje urbano, agrícola y de aeropuertos, rectificación de cauces, etc. Las citadas estructuras son comúnmente muy costosas y su falla por mal proyecto causaría graves daños materiales, Por otra parte, los terrenos de las horillas de los ríos, generalmente fértiles, han marcado una tendencia a cultivarlos y a construir viviendas e industrias en ellos, ignorando o despreciando el riesgo de inundación y destrucción por las avenidas poco frecuentes o máximas del río. A este respecto sería conveniente realizar la rigurosa delimitación de los cauces de avenida y la construcción de obras de defensa que eviten los daños. Además, conviene considerar que aunado al potencial de daños propio de las avenidas originadas por los ciclones, se tiene la edificación en cauces y la invasión de llanuras de inundación que restan capacidad de conducción y almacenamiento a los ríos, originando remansos que aumentan las pérdidas por inundación y por otra parte, en el diseño de puentes, bordos de protección y represas no se han considerado en el pasado los efectos de estas obras en las avenidas. De lo anterior, se deduce la gran importancia de un estudio amplio y racional de las avenidas máximas probables de un río, en especial el cálculo y evolución delas avenidas de proyecto en un embalse, en lo que respecta a la seguridad de la obra y al efecto sobre la avenida, atenuándola. En términos generales, las avenidas máximas se pueden clasificar de acuerdo a las causas que las generan, en las tres clases siguientes: 1. Avenidas Máximas de Precipitaciones Líquidas. 2. Avenidas Máximas de Precipitaciones Sólidas. 3. Avenidas Máximas Mixtas y originadas por otras causas. Las avenidas máximas del primer grupo son las más comunes y tienen, sobretodo, como origen, tormentas extraordinarias por su intensidad, duración, extensión y repetición. Al segundo grupo corresponden las avenidas cuyo origen se debe a la fusión de la nieve y al almacenamiento y descongelación del hielo. Dentro del tercer grupo están las avenidas que se engendran por efectos simultáneos de las avenidas antes descritas y las originadas principalmente por ruptura de presas naturales y artificiales y por la mala operación de las compuertas de un embalse. 5.4 DETERMINACIÓN DE LAS AVENIDAS MÁXIMAS. Se define como avenida máxima al máximo caudal que se puede presentar a la salida de una cuenca y siempre será consecuencia de una lluvia máxima El método que se use dependerá de los siguientes factores: 1) Disponibilidad de datos hidrométricos en el sitio de la obra o cerca de ella. 2) De las dimensiones del proyecto y la magnitud de los daños que ocasionaría el fracaso de la obra. Considerando los factores enunciados, para el proyecto de obras de excedencias en pequeñas presas, o embalses definidos por un dique de altura con una capacidad inferior a 100,000m3 y altura entre 10 y 15 metros (Dal-Ré, 2003), se presentan los siguientes casos: 1) Sin construcciones ni cultivos aguas abajo. La capacidad de la obra de excedencias en este caso puede estimarse por simple inspección de las huellas de aguas máximas en el cauce, en puentes, alcantarillas o en sitios donde la observación sea fácil y perfectamente delimitada. Para la determinación de la avenida máxima en este caso, puede usarse el método de sección y pendiente, eligiendo un tramo recto del cauce de 200 m de longitud, aproximadamente, donde puedan obtenerse las secciones hasta las huellas de aguas máximas. Se comparará el caudal así determinado, con el que se obtenga al tomar un 25% del calculado por medio de la fórmula de Creager, que se expone más adelante. Este caudal máximo será definitivo si no se dispone de otros elementos de juicio. 2) Con construcciones y cultivos aguas abajo. Como en el caso anterior, comparar el valor del método de la sección y pendiente, con el obtenido de tomar el 50% del calculado por la fórmula de Creager. En caso de poderse obtener los dos valores, el obtenido en el campo representa en forma más fidedigna las condiciones de avenida máxima, salvo en caso de estimaciones muy discutibles, quedando a criterio y responsabilidad del ingeniero la elección final. Envolventes de Creager La idea fundamental de este método es relacionar el gasto máximo (Q) con el área de la cuenca (Ac). La fórmula de Creager para la "Envolvente Mundial" de escurrimientos, es la siguiente: Donde: Q = Gastos de la avenida máxima en m3/s. C = la SARH tiene evaluado C para cada una de las 37 regiones hidrológicas del país. A = Área de la cuenca en Km2. Método de las huellas máximas Este método se utiliza para estimar el gasto máximo que se presentó durante una avenida reciente, en un río donde no se cuenta con ningún otro tipo de aforo. Para su aplicación se requiere solamente contar con topografía de un tramo del cauce y las marcas del nivel máximo del agua durante el paso de la avenida. Dónde: Qp= gasto máximo, m3/s. Ce = coeficiente de escurrimiento, adimensional I = intensidad máxima de lluvia para un período de retorno dado, mm/h. Qp= área de la cuenca, ha. 360 = factor de ajuste de unidades. Formula racional: Este método ASUME el máximo porcentaje de descubrimiento de una cuenta pequeñas ocurre cuando la totalidad de dar cuenta si está contribuyendo al escurrimiento y que el citado porcentajes descubrimientos es igual a un porcentaje de la intensidad de lluvia promedio lo anterior se expresa mediante la fórmula anterior
