HIDROLOGA SUPERFICIAL

TEMA:

DETERMINACIN DEL ESCURRIMIENTO EN UNA ZONA

Mtodo Racional

ING. JOS LEN ABURTOPROFESOR

Fundamentos del Mtodo Racional

El Mtodo Racional es um modelo hidrometeorolgico para laobtencin del caudal mximo de escorrenta de una cuenca,determinado un perodo de retorno.

Q = C I ADonde:Q = Caudal o Gasto en la seccin de clculo = 27.78 C I A = lts/segC = Coeficiente de escorrentaI = Intensidad de lluvia correspondiente al perodo de retornoA = Superfcie de la cuenca

Hiptesis del Mtodo Racional

La Intensidad de precipitacin es uniforme en el espacio y novaria en el tiempo

La duracin de la precipitacin que produce el caudal mximodada una Intensidad (I) es equivalente al tiempo deconcentracin de la cuenca (tc)

El tc, se considera como el tiempo que tarda toda el readrenante en contribuir a la escorrenta en la seccin de salida,as como el instante en que se produce el caudal mximo endicha seccin

Hiptesis del Mtodo Racional

El tiempo que transcurre entre el cese de la lluvia y el final de laescorrenta coincide con el tc

El perodo de retorno del caudal mximo calculado es el mismoque el de la intensidad media mxima de clculo

El almacenamiento de agua en la cuenca es insignificante, esdecir, no se dan procesos importantes de laminacin dehidrogramas, ya sea en la red de drenaje o en estructurassingulares

Hiptesis del Mtodo Racional

Proporciona solo un caudal mximo, no el hidrograma decreciente para el diseo

Asume que la escorrenta es directamente proporcional a laprecipitacin

El Coeficiente de escorrenta se mantiene uniforme en eltiempo y en el rea drenante considerada

Hiptesis Fundamental del Mtodo Racional

Una lluvia constante y uniforme que cae sobre la cuenca de

estudio, producir un gasto de descarga el cual alcanza su valor

mximo cuando todos los puntos de la cuenca esta contribuyendo al

mismo tiempo en el punto de diseo

tc

t

Q

QDiseo = Q mx. = C I A

Secuencia de Aplicacin

1. Pendiente Absoluta (P%) 2. Coeficiente de Escurrimiento (C) 3. Tiempo de concentracin (tc) 4. rea Tributaria (A) 5. Intensidad (I) 6. Gasto (Q)

1. Pendiente absoluta

Uno de los conceptos con el que la mayora de los profesionalesde la planificacin del paisaje o de la topografa estn

familiarizados es el de medir pendientes.

La pendiente es una forma de medir el grado de inclinacin delterreno. A mayor inclinacin mayor valor de pendiente.

La pendiente se mide calculando la tangente de la superficie. Latangente se calcula dividiendo el cambio vertical en altitud entre

la distancia horizontal.

Ha HbP% = 100

d

2. Coeficiente de escurrimiento

El Coeficiente de Escurrimiento (c) es la relacin del caudal quefluye sobre el terreno, al caudal llovido. Este parmetro no debe

confundirse con el coeficiente de infiltracin, el cual no es

empleado en nuestro estudio

Los Valores que usaremos segn el uso del suelo estn en lasiguiente tabla No. 1 Coeficientes de escurrimiento

Tabla No.1 Coeficientes de Escurrimiento

PendienteParque y

Jardines

Zonas sin

Urbanizar escasa

vegetacin

Zona

Urbana

Estacionamientos Tejados

0 20 0.20 0.25 0.35K1

0.90 1.0020 45 0.25 0.30 0.40K1

45 100 0.27 0.35 0.50K1

> 100 0.30 0.375 0.60K1

Valores para K1 para zonas urbanas

Uso del Suelos K1 Nota:

Para reas con uso del suelo mixto o

con pendientes variables, se deber

utilizar el promedio ponderado de los

coeficientes de escurrimiento

obtenidos.

Residencial muy baja densidad 0.80

Residencial baja densidad 0.90

Residencial mediana densidad 1.00

Residencial alta densidad 1.15

Centros de poblacin 1.20

Habitacin Popular 1.30

3. Tiempo de Concentracin (tc)

Este parmetro se refiere al tiempo que tarda el agua en surecorrido entre dos puntos determinados, los cuales son: el

extremo superior de la cuenca y el punto donde se mide el gasto

pluvial

AB

3. Tiempo de Concentracin (tc)

Este parmetro para escurrimiento superficial se calcula as:0.3333

Ko ( L )

tc = 0.50

( P )

Donde:

tc = El tiempo de escurrimiento en minutos.Ko = Factores de escurrimiento segn el uso del suelo Ver Tabla 2,

adimensional

L = Longitud de la cuenca en su caada principal, en metros.

P = Pendiente promedio de la cuenca, a lo largo de su caada

principal, en valor absoluto

Tabla No. 2 Factores de Escurrimiento Ko para determinar tc

Uso del Suelo Ko

Terrenos sin urbanizar 0.30

Parques y reas verdes 0.25

reas Urbanizadas 0.20

4. Determinacin del rea drenada

La cuenca tributaria a un punto determinado A, se obtiene apartir de los planos de configuracin topogrfica.

Se trazan lneas a partir del punto A, hacia ambos extremosde la cuenca, en direccin perpendicular a las curvas de nivel.

Estas lneas definen los lmites de las cuencas

AB

Parte Aguas

5. Determinacin la Intensidad (I)

Este parmetro se calcula as:

16 F

I = 0.46

( tc )

Donde:

I = Intensidad de la precipitacin cm/hra.F = Frecuencia o Perodo de retorno, aos

tc = Tiempo de concentracin, minutos

5. Clasificacin de las Intensidades

Intensidad mm/h Criterios

Ligera 2.5 o menos

Las gotas son fcilmente identificables, unas

de otras, las superficies expuestas secas

tardan ms de dos minutos en mojarse

completamente.

Moderada 2.5-7.5

No se pueden identificar gotas individuales,

los charcos se forman rpidamente. Las

salpicaduras de la precipitacin se observan

hasta cierta altura del suelo o de otras

superficies planas.

Fuerte > 7.5

La visibilidad es bastante restringida y las

salpicaduras que se producen sobre la

superficie se levantan varias pulgadas.

6. Determinacin del Gasto o Caudal Mximo

El Gasto o Caudal es la cantidad de fluido que circula a travsde una seccin de un curso de agua o seccin del ducto (tubera,

caera, oleoducto, canal,...) por unidad de tiempo

Q = 27.78 C I A = lts / seg

Ejemplo No. 1:

Encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima que se

presenta con una frecuencia de F = 5 aos como dato de diseo,

considerando adems los siguientes datos:

Datos:

rea drenada = 14 hectreas

Longitud de la cuenca a lo largo de la caada mayor: 500 m.

Nivel del punto a : 98 m.

Nivel del punto b: 128 m.

Uso de suelo: Urbano: Residencial baja densidad.

A

B

Ejemplo No.2:

Encontrar el gasto que llega al punto "a", bajo la lluvia mxima

que se presenta con una frecuencia de F = 10 aos, como dato

de diseo, considerando los siguientes datos:

Datos:

rea drenada = 40,000 M

Longitud mayor de la cuenca: 0.325 km.

Nivel del punto a : 85.54 m.

Nivel del punto b: 112.78 m.

Uso de suelo: Parque