2.6 Clases 2004 Caudales de Avenida

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2.6 ESTIMACIÓN DE CAUDALES

DE AVENIDAEl régimen de caudales de una corriente de aguadurante un período determinado, es el único términodel balance hidrológico de una cuenca que puede sermedido directamente y con una buena precisión.

Los otros elementos (precipitaciones, la evaporación,

etc.) solo podemos estimarlos a partir de medicionesobservadas en distintos puntos de la cuenca odeducidos de órmulas hidrológicas, los cuales sonsiempre estimativos muy apro!imados.


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Objetivo y enfoques del estudio de los

caudales de avenida

&b"etivo' determinar la avenida o caudal de dise%orequerido para ulteriores traba"os de planiicacióno de dimensionamiento de obras.

Enoques'1. Método de la Crecida (o avenida M!"i#a

$ro%a%le ($M&' Empleada en EE y de baseempírica.

2. Método ro%a%il)*tico' empleado en Espa%a yde base teórica (permite el dise%o deinraestructuras con un nivel conocido de riesgo,lo que no es posible en el caso anterior)


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Método* de e*ti#aci+n de ca,dale*(1

$res tipos'

a. E#)rico*' obre la base en ormulas

empíricas que relacionan el caudal m*!imoe!clusivamente con el *rea de la cuenca

%. E*tad)*tico*' $ratamiento de los datos

locales y regionales e!istentes, utili+andoadecuadamente las reerencias históricas en el casode disponer de ellas (ley de recuencias)


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Método* de e*ti#aci+n de ca,dale*(2

c. -idro#eteorol+ico*' simulan el procesopreciptaciónescorrentía habitualmente mediantemodelos determinísticos de mayor o menorcomple"idad. Los datos requeridos son

undamentalmente pluviométricos y aprovechanpor tanto a venta"a de la mayor densidad ylongitud de las series pluviométrica.

El empleo de uno u otro método vienecondicionado tanto por la propia definiciónde caudal de diseño como la disponibilidad

de los datos.


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Método* ara #edir ca,dale* (1

a. -étodos directos'

• Métodoárea/velocidad

Este método consisteb*sicamente en mediren un *rea transversalde la corriente (aoro),previamente

determinada, lasvelocidades de lu"o conlas cuales se puedeobtener luego el caudal.

3

8,06,02,0 V V V V i

++

=

iii AV Q ×=

∑=

=n

i

it QQ

1


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-edición de la velocidad

-olinete' la velocidad derotación es proporcional a lavelocidad de la corriente se

cuenta el número derevoluciones en un tiempodado, ya sea con un contadordigital o como golpes oídosen los auriculares que lleva el

operador.

/órmula empírica' -anning

n

S RV

)2/1()3/2(

=

V/ es la velocidad media de la corriente en metros por segundo0/ es el radio hidr*ulico en metros (la letra - se utili+a también para designar al radiohidr*ulico, con el signiicado de proundidad hidr*ulica media)S/ es la pendiente media del canal en metros por metro (también se utili+a la letra i paradesignar a la pendiente)N/ es un coeiciente, conocido como n de Mannin o coeiciente de r,o*idad de

Mannin. (012#n, n est* dado por tabla)


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-anning es v*lida para lu"os completamenteturbulentos. 3enderson (2455) sugiere el siguientecriterio para determinarlos (6h en metros)

i el lu"o no es completamente turbulento, lavelocidad se calcula utili+ando la siguiente órmula'

f h S R f

g V *

8

=

7alcul*ndose en unción del número de 6eynolds yde la rugosidad de las paredes.

136101,1*

−≥ xS Rn f h


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Dil,ci+n con tra3adore*Esta técnica se usa en aquellas corrientes quepresenten diicultades para la aplicación delmétodo *rea velocidad o medidas conestructuras hidr*ulicas, como en corrientes muyanchas o en ríos torrenciales.


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b. -étodos indirectos'

E*tr,ct,ra* 5idr!,lica*El principio de uncionamiento de todas las

estructuras hidr*ulicas es establecer una secciónde control, donde a partir de la proundidad sepueda estimar el caudal.

n

H C Q ⋅=

8onde 7 y n son coeicientes que dependen de laorma geométrica del vertedero


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Método* ara #edir ca,dale* (

Método vol,#étricoLa orma m*s sencilla de calcular los caudales peque%os esla medición directa del tiempo que se tarda en llenar unrecipiente de volumen conocido.

Método !rea endiente9 veces se presentan crecientes en sitios donde no e!isteningún tipo de instrumentación y cuya estimación serequiere para el dise%o de estructuras hidr*ulicas talescomo puentes o canales. Las crecientes de"an huellas quepermiten hacer una estimación apro!imada del caudaldeterminando las propiedades geométricas de : seccionesdierentes, separadas una distancia L y el coeiciente derugosidad en el tramo.


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Deter#inaci+n de ca,dale*#!"i#o* en ,na c,enca ,nitaria

;os permiten contar con inormación a la hora dedise%ar un proceso de mane"o de cuencas en suparte estructural.

E!isten órmula empíricas (recomendables para serusadas localmente) que est*n en unción del *rea dela cuenca.

$ambién, y muy usada en todo el mundo en cuencasde supericie menor a 2


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Método racional

En una tormenta ideal, de duración indeinida, conintensidad de lluvia neta E constante, el ca,dal8 en el ,nto de de*a9e de la c,enca, que alprincipio sólo acusar* la presencia del agua caída en

sus pro!imidades, ir* creciendo hasta alcan+ar unasituación de equilibrio. En ese momento, laintensidad de salida del agua se igualar* con la deentrada en la cuenca, siendo 9, la supericie de lacuenca, estabili+*ndose el caudal a partir de

entonces.

A E Q ⋅=


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La >ntensidad de lluvia neta Eser* igual a la de lluvia total>, si el terreno es totalmente

impermeable

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i utili+amos lasunidades habitualestales como'

? en m@#seg

> en mm#hr

9 en =m:

La ecuación quedaA

6,3

A I C Q

⋅⋅

=


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C!lc,lo del coeiciente dee*corrent)a

La m*s aceptada es la que usa el manual decarreteras del -inisterio de &bras Búblicas yrbanismo de Espa%a, e idéntico al manual del-inisterio de &bras Búblicas.

Esta es una tabla de doble entrada que relacionaalgunas características de la cuenca, como relieve,permeabilidad del suelo, vegetación y capacidad de

almacena"e del agua, para con ellos estimar un valorque se obtiene de la sumatoria de dichascaracterísticas. 7on el valor mencionado y que sedenomina =, se estima el coeiciente de escorrentía,el cual es adimensional.


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Inten*idad de reciitaci+n

Es necesario conocer o evaluar la >ntensidad deBrecipitación para el tiempo de concentración de lacuenca, ya que si utili+amos un tiempo menor, nopermitimos que toda la cuenca contribuya al caudal

y si utili+amos un tiempo mayor, la intensidadm*!ima ser* menor.

En todos los casos lo ideal sería disponer de curvas

>8/, en las cuales buscamos la >ntensidad deBrecipitación para el período de retorno elegido ypara un tiempo igual al tiempo de concentración

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