Método Sección y Pendiente

8/19/2019 Método Sección y Pendiente

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DOCENTE :

Ing. Tepe Gastulo Carlos Manuel

INTEGRANTES :

Astudillo Regalado Dawis Bryan

Barboza Díaz Miguel

Ochoa Tapia Luis Miguel

Paucar Aguilar Jimy

Tantalean Uriarte Jesus

Zuñiga Chepe Eduardo

CURSO :Hidrología

TEMA :

Método de sección pendiente

2016

SECCIÓN -

PENDIENTE


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SECCION Y PENDIENTE

TEPE GASTULO CARLOS 2

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ........................................................... ................................................................. ...... 3

MÉTODO SECCIÓN Y PENDIENTE ........................................................................................ ...... 4

1.- Descripción ............................................................. ................................................................. ...... 5

a) Flujo uniforme : ......................................................... ............................................................ 6

b) Flujo gradualmente variado : ........................................................................................ 6

2.- UTILIZACIÓN DEL MÉTODO SECCIÓN PENDIENTE .................................................... 8

3.- REQUISITOS Y RESTRICCIONES OPERATIVOS ............................................................. 8

4.- LA RUGOSIDAD DEL CAUCE: ........................................................... ....................................... 9

5.- DETERMINACION DE LA SECCION TRANSVERSAL: ..................................................13

6.- DETERMINACIÓN DEL GRADIENTE HIDRÁULICO: .................................................14

7.- PROCEDIMIENTO ......................................................................................................................15

8.- EJERCICIO DE APLICACIÓN...................................................................................................16


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SECCION Y PENDIENTE


INTRODUCCIÓNEl agua es un recurso fundamental para la vida y un factor esencial para el sector

productivo, por lo que la determinación de los caudales en una región, tiene especial

importancia debido al predominio de las actividades relacionadas con el

aprovechamiento de los recursos hídricos. A través de esto es posible obtener

información valiosa para la gestión del agua, en términos de los usos: agrícolas,

forestales, energéticos, de uso doméstico, construcción de obras civiles, etc. Por otro

lado, estudiar las precipitaciones y conocer su distribución temporal es motivo de

interés para estudios hidrológicos.

La precipitación, como variable de estado hidrológica, se puede caracterizar a

través de la intensidad, su distribución en el espacio y en el tiempo, y su frecuencia

o probabilidad de ocurrencia, y para poder caracterizarla es necesario un gran

número de observaciones, extraídas de series pluviográficas, con el objeto de

deducir el patrón de comportamiento en una zona determinada y permitir un

análisis o uso posterior.

A la vez se pueden proporcionar índices para realizar estudios de crecidas, para un

adecuado diseño y dimensionamiento de las obras civiles. Para esto es necesario

conocer las intensidades de precipitación, para distintos períodos de retorno.

Ahora bien, los cálculos de caudales máximos son imprescindibles para el diseño y

planificación de obras civiles. Pero muchas veces no se dispone de registros que nos

permitan determinar estos caudales, es por esto que se hace necesario contar con

metodología que nos permita determinar los valores de caudales máximos como la

utilización del método sección y pendiente del cual se va hablar en este traba


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SECCION Y PENDIENTE


MÉTODO SECCIÓN Y PENDIENTEEste 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.

El criterio de sección-pendiente es empleado para completar los registros que no

pueden obtenerse mediante sección-velocidad, aunque es muy usado para obtener

gastos máximos de corrientes cuando no se disponen aparatos de medición.

El método de área-pendiente sirve para calcular, indirectamente, el caudal máximo

de una onda de avenida después de que ha disminuido la crecida. La técnica se

adapta en este caso para su uso en ríos de montaña con elevada inclinación

(pendientes típicas de 0,1 a 5%) y en países donde escasean el equipo y la mano de

obra capacitada.

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 (Figura).


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SECCION Y PENDIENTE


Según la fórmula de Manning, el caudal es:

Q= caudal

R = Radio hidráulico, m.

S=Pendiente

A= Área de la sección transversal

n = Coeficiente de rugosidad de Manning

1.- Descripción

La técnica de área-pendiente supone que la profundidad y velocidad del flujo para

un caudal dado está determinada por la forma de la sección transversal del canal, su

pendiente y las irregularidades del contorno del canal y, que el caudal máximo de la

crecida está indicado por la altura máxima del agua, atendiendo a la altura de los

vestigios de los sedimentos arrastrados por la crecida o registrados con los

instrumentos adecuados.

El caudal máximo se calcula empleando una ecuación que incluye las características

del canal, los parámetros del flujo máximo y el coeficiente de resistencia al flujo,

calculado con una ecuación empírica empleada para ríos de montaña, atendiendo a

la relación que existe entre la profundidad y el tamaño del material del lecho del río.

= ∗ ∗ ∗


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SECCION Y PENDIENTE


Los datos del terreno se recopilan después que ha disminuido la crecida. La forma y

la pendiente del canal se obtienen mediante un reconocimiento topográfico; la

distribución del tamaño del material del lecho se determina mediante una técnica

de muestreo de cuadrícula. El procedimiento puede, automatizarse y simplificarse

hasta cierto punto, utilizando postes con marcas de niveles máximos para registrar

las mayores alturas del agua, gráficos para representar los datos de secciones

transversales.

a) Flujo uniforme :Si el cauce es realmente uniforme se puede aplicar la ecuación o fórmula de

resistencia al flujo dada por la ecuación de Manning.

b) Flujo gradualmente variado :

El flujo gradualmente variado se puede valorar aplicando la ecuación de

conservación de la energía entre dos secciones separadas una distancia L. En

condiciones ideales de flujo (evidentemente un tramo limpio y sin

irregularidades o singularidades especiales), se pueden escoger como

secciones de control las dos secciones extremas, 1 y 2, respectivamente. De

esta manera aplicando la ecuación de conservación de la energía se tiene:

Q =


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Z: Cota del fondo del cauce

Y: profundidad de agua

V: Velocidad media en la sección

G: Aceleración de la gravedad

ℎ(−): Perdida de carga entre la sección 1 y 2.Utilizando la ecuación de continuidad descrita por la relación:

y teniendo en cuenta que la perdida de carga entre las dos secciones se puede

expresar como:

En donde la pendiente motriz se evalúa con la expresión dada. Definiendo:

Siendo ∆ la diferencia de cotas de la lámina de agua entre las dos seccionesescogidas.De esta forma utilizando las expresiones anteriores se puede obtener:

=

()

Q = VA

(−) = ( )

( ) ( ) = ∆

Q =∆

− + ( ⁄ + ⁄ )


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2.- UTILIZACIÓN DEL MÉTODO SECCIÓN PENDIENTE Si no se tiene información de la cuenca y del río.

El río ó quebrada no aparece en los mapas.

Aforar en distintas épocas del año.

Método de Sección y Pendiente.

Selección tramo de río

Niveles de avenidas y de estiaje tomadas del campo (huellas)

Toma de datos de sección y perímetro a esas alturas.

Secciones transversales topografiadas, incluidas las alturas máximas del agua;

distancias entre las secciones transversales; tamaños de las muestras del

material del lecho; y mapas esquemáticos del sitio en que se encuentra el

emplazamiento.

Flujo del caudal para un perfil determinado de la superficie del agua. Entre otros

resultados se pueden incluir los parámetros relativos al flujo (profundidad

media, superficie y velocidad de la sección transversal) y distribución del tamaño

del material del lecho.

3.- REQUISITOS Y RESTRICCIONES OPERATIVOS

Para realizar el trabajo sobre el terreno se requieren los servicios de un topógrafo

capacitado. Los cálculos que se efectúan en la oficina son relativamente sencillos y

se pueden hacer con una calculadora de bolsillo. Se prevé que las operaciones

automatizadas puedan ser realizadas por personal con reducidos conocimientos de

matemáticas y de los procesos del flujo de las aguas, pero en la etapa inicial de

preparación deberá contarse con personal debidamente capacitado.


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Se emplea el método sólo cuando el caudal no rebasa sus márgenes, en canales en

los que predomina material de fondo grueso (por ejemplo, canales con fondo de

grava y piedras, pero no canales de fondo arenoso). No puede utilizarse si en los

caudales hay vegetación, y debe tenerse cuidado cuando se utiliza en canales de

forma compleja. El método es aproximado y su margen de error puede ser del 30%,

o incluso superior en ríos de montaña.

4.- LA RUGOSIDAD DEL CAUCE:Los elementos que intervienen en la medida de un caudal son: uno geométrico,

constante, estable y fácil de medir que es la sección transversal y otro dinámico que

recibe la influencia de la gradiente, del radio hidráulico y de la rugosidad.

Para un caso específico de medida de un caudal el elemento variable es “n”:

coeficiente de rugosidad o de fricción el cual depende no solo de la textura y

estructura de los materiales que forman el perímetro del cauce, sino también de la

indefinida variación de los sedimentos que tapizan el cauce. El valor de n varia no

solo con el tiempo, las estaciones (aguas turbulentas en las crecidas y suave discurrir

de la mismas en el estiaje), sino también de un tramo a otro o por cambios del propio

perímetro de la sección de aforos a lo largo del cauce. De allí que no es fácil lograr

una valoración precisa del coeficiente que conviene aplicar. Cuando las dimensiones

del perímetro lo exigen una rugosidad promedio

= 1 ∗ 1 2 ∗ 2 ⋯ ∗


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SECCION Y PENDIENTE


,, … . . :tramos del perimetro a los cuales corresponden con diferentes rugosidades

,

,

… . . ,

:rugosidades

aplicables

a

los

tramos

P: perímetro total

Cowan determino que el valor de “n” a considerarse en los cálculos debería tomarse

en cuenta los factores de curvas, vegetación, irregularidades, tirante, según laecuación siguiente:

n= ( )


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SECCION Y PENDIENTE


=el valor básico que depende de la rugosidad=es un valor adicional para tomar en cuenta las irregularidades= es un valor adicional para tomar en cuenta las variaciones en la forma ytamaño de la sección transversal=es para tomar en cuenta la obstrucciones=es un factor para tomar en cuenta los meandros

TABLA DE COWAN PARA DETERMINAR LA INFLUENCIA DE

DIVERSOS FACTORES SOBRE EL COEFICIENTE “N”


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SECCION Y PENDIENTE


Medida del área: se dispondrá del área y del perímetro mojado se determina el

valor del radio hidráulico.

5.- DETERMINACION DE LA SECCION TRANSVERSAL:En el cálculo de la sección de un canal debe partirse del hecho siguiente: desde el

punto de vista hidráulico hay, en principio, un número infinito de soluciones. En el

caso de un canal que va a ser construido, el gasto o caudal está dado por las

condiciones de diseño, no proviene de un canal hidráulico, sino de la función del

canal, de la naturaleza del servicio que presta y por cierto del análisis que se ha

hecho de las disponibilidades de agua. El caudal de diseño “Q” es un dato impuesto

al que debe adecuarse al cálculo de la sección canal.

Un canal puede servir para abastecer de agua a una ciudad, servir a una irrigación,

a una central hidroeléctrica o tener un uso multiple.

Para transportar un gasto “Q” podemos, dentro de las limitaciones topográficas,

adoptar una determinada pendiente compatible con la naturaleza del revestimiento,

que escogeremos en función de varios factores: costo, seguridad, disponibilidad de

materiales , etc.


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SECCION Y PENDIENTE


6.- DETERMINACIÓN DEL GRADIENTE HIDRÁULICO: se hará mediante unaparato adecuado: un nivel de ingeniero, teodolito.


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SECCION Y PENDIENTE


7.- PROCEDIMIENTOEste es un método hidráulico llamado de Sección y Pendiente, en el cual el caudal máximo

se estima después del paso de una avenida con base en datos específicos obtenidos en el

campo. Los trabajos de campo incluyen:

1. Selección de un tramo representativo del río, suficientemente profundo, que contenga el

nivel de las aguas máximas

2. Levantamiento de secciones transversales en cada extremo del tramo elegido y

determinar: A1 y A2 = Áreas Hidráulicas

P1 y P2 = Perímetros Mojados

R1 y R2 = Radios Hidráulicos (R = A/P)

A = (A1 + A2)/2

R = (R1 + R2)/2 3.


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SECCION Y PENDIENTE


3. Determinar la pendiente S de la superficie libre del agua, considerando las huellas de la

avenida máxima en análisis

4. Elegir el número de Manning (n) de acuerdo a las condiciones físicas del cauce.

5. Aplicar la Fórmula de Manning Q = 1/n AR2/3S1/2 Donde: Q = Caudal Máximo (m3/s)

n = Coeficiente de Rugosidad de Manning A = Área hidráulica promedio (m2) R = Radio

Hidráulico promedio (m) S = Pendiente (m/m)

8.- EJERCICIO DE APLICACIÓNDebido a la falta de información hidrometereologica en determinadas zonas que

justifiquen el diseño hidráulico de las estructuras proyectadas se plantean métodos

de cálculos empíricos en base a observaciones y parámetros determinados de

acuerdo a las características geomorfológicas y de cobertura vegetal de la zona

donde se ubica el proyecto. Determinaremos el máximo caudal aplicando la fórmula

de Manning.

Condiciones del río:

Material del cauce:

A terroso

B rocoso

C gravoso fino

D gravoso grueso

Material del cauce adoptado: A=0.020

Grado de irregularidad:

Grado de irregularidad adoptado: C= 0.010

Secciones Variables

A ninguna

B leve

C regular

D severo


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Variación de la sección adoptada: B= 0.005

Efecto de las obstrucciones:

A despreciables

B menor

C apreciable

D severo

Efecto de las obstrucciones adoptado: C= 0.020

Vegetación:

Vegetación adoptada: C= 0.025

Grado de sinuosidad:

A Insignificante

B regular

C considerable

Grado de sinuosidad adoptado: C= 1.300

VALOR DE " N " ADOPTADO SEGÚN COWAM n= 0.104

A leve

B regular

C severo

A ninguna

B poco

C regular

D alta


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SEGUN SCOBEY:Condiciones delrío:

n = 0.025Cauce de tierra natural limpios con buen alineamiento con o sin algo de

vegetación en los taludes y gravillas dispersas

en los taludes

n = 0.030Cauce de piedra fragmentada y erosionada de sección variable con algo de

vegetación en los bordes y considerable pendiente

( típico de los ríos de entrada de ceja de selva )

n = 0.035Cauce de grava y gravilla con variación considerable de la sección transversal

con algo de vegetación en los taludes y

baja pendiente.( típico de los ríos de entrada de ceja de selva )

n = 0.040-0.050

Cauce con gran cantidad de canto rodado suelto y limpio, de sección transversal

variable con o sin vegetación en los taludes

( típicos de los ríos de la sierra y ceja de selva )

n = 0.060-0.075Cauce con gran crecimiento de maleza, de sección obstruida por la vegetación

externa y acuática de lineamiento y sección

irregular. ( típico de los ríos de la selva )

valor de " n " adoptado según SCOBEY n = 0.075


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- Seleccionando el menor valor de "n" de estos dos

criterios: 0.075

- Cota de N.A.M.E dejada por las huellas : 196.45 m.s.n.m

- Aa : Area de la sección del río en laavenida : 23.29 m2

-P : perímetro mojado de la avenida : 13.61 m

-S : pendiente de la superficie del fondo de

cauce : 0.010

-n : rugosidad del cauce del río. : 0.075

Qmax. = A * (A/P)^(2/3) * S^(1/2) / nQmax. = 44.43 m3/s

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