Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO
1/50
FACULTAD DE INGENIERA CIVIL Y ARQUITECTURA
UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZN
HUNUCO - PER
Curso:
Cdigo:
Condicin:
Pre - requisitos:
HIDROLOGA GENERAL
4105
OBLIGATORIO
ESTADISTICA Y MECANICA DE FLUIDOS II
CLASES S06 - CICLO 2015.1
Responsable de ctedra :
C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Hunuco. Mayo del 2015
Escorrenta-Infiltracin
2/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ob
jeti
vo
s
OBJETIVOS
Conocer los procesos de escorrenta e infiltracin
Entender que factores regulan estos procesos
Comprender las bases fsicas de la permeabilidad del suelo
ESQUEMA DE CONTENIDOS:
Generalidades
Distribucin de la precipitacin en el suelo
Parmetros caractersticos de la infiltracin
Mtodos de medicin de la capacidad de infiltracin
Factores que intervienen en la capacidad de infiltracin
Ecuacin de la Curva de Capacidad de Infiltracin contra el
Tiempo
Fuente: HIDROLOGA ESTADSTICA Mximo Villn Bjar, 3era.Edic. Abril, 2005,Lima-Per
Escorrenta-Infiltracin
3/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Co
ncep
tos
CONCEPTO DE ESCORRENTA
Se define como la lmina de agua que circula en una cuenca
de drenaje, medida en mm. de altura de agua de lluvia
escurrida y extendida dependiendo de la pendiente del
terreno.
La diferencia entre el volumen de agua que llueve en una
cuenca y el que escurre por su salida estn constituidas por
la intercepcin en el follaje de las plantas y en los techos de
las construcciones, depsitos artificiales sobre suelo natural
o recubiertos, la retencin en las depresiones o charcos (que
posteriormente se evaporan o se infiltra parcial o totalmente),
la evaporacin y la infiltracin a nivel de cuenca.
Fuente: HIDROLOGA ESTADSTICA Mximo Villn Bjar, 3era.Edic. Abril, 2005,Lima-Per
Escorrenta-Infiltracin
4/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
CONCEPTO DE INFILTRACIN Y VELOCIDAD O TASA DE
INFILTRACIN
Se define como la cantidad de agua en movimiento que
atraviesa verticalmente la superficie del suelo producto de la
accin de las fuerzas gravitacionales y capilares, sta
cantidad de agua quedar retenida en el suelo o alcanzar el
nivel fretico del acufero incrementando el volumen de este
Se distingue del proceso de percolacin porque ste ltimo
es el movimiento hacia abajo de agua desde o a travs de la
zona no saturada hasta el nivel fretico o zona saturada.
Entre los factores ms importantes que afectan la velocidad
y la tasa de infiltracin son:
- Caractersticas fsicas de la textura del suelo
- Carga hidrulica o lmina sobre la superficie del suelo
- Contenido de materia orgnica y carbonatos en el suelo
Fuente: HIDROLOGA ESTADSTICA Mximo Villn Bjar, 3era.Edic. Abril, 2005,Lima-Per
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
5/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
CONCEPTO DE INFILTRACIN Y VELOCIDAD O TASA DE
INFILTRACIN..
- Contenido de humedad del suelo (inicial y saturacin)
- Grado de uniformidad en el perfil del suelo
- Accin microbiana en el suelo
- Temperatura del suelo y del agua
- Cobertura vegetal
- Uso del suelo
- Cantidad atrapado de aire atrapado en el suelo
- Lavado del material fino
- Compactacin
Fuente: HIDROLOGA ESTADSTICA Mximo Villn Bjar, 3era.Edic. Abril, 2005,Lima-Per
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
6/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Co
ncep
tos
DISTRIBUCIN DEL AGUA DE PRECIPITACIN EN EL SUELO
Escorrenta-Infiltracin
7/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
8/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
PERFIL EDFICO DEL SUELO
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
9/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
ESQUEMA REPRESENTATIVO DE LOS MECANISMOS DE
GENERACIN DE INFILTRACIN
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
10/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
ESQUEMA REPRESENTATIVO DEL FRENTE DE
HUMEDAD DURANTE LA INFILTRACIN
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
11/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
ESQUEMAS DE LAS DIFERENTES ZONAS Y FLUJOS QUE APARECEN EN EL TERRENO
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
12/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
TIEMPOS ESTIMADOS DEL MOVIMIENTO DE AGUAS SUBTERRNEAS
Co
ncep
tos
Escorrenta-Infiltracin
13/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
Uno de los objetivos principales de la Hidrologa Superficial es calcular
la escorrenta se va a generar si se produce una precipitacin
determinada (calcular el hidrograma que va a generar un hietograma).
El tema es muy complejo y se plantean actuaciones diversas.
Un evento concreto o continuo: A veces estudiamos qu
caudales generar cierta precipitacin, o bien queremos conocer el
proceso de un modo continuo, por ejemplo, el funcionamiento de la
cuenca a los largo de un ao.
Precipitaciones reales o supuestas: Podemos desear calcular los
caudales generados por precipitaciones reales o bien trabajamos
con una tormenta de diseo, para calcular el hidrograma de diseo.
Si se va a construir una obra (canal, presa .) debe hacerse sobre
caudales tericos que calculamos que se producirn por
precipitaciones tericas que se producirn una vez cada 5, 10, 25,
50, 100, 500, 1000 aos, dependiendo de la categora de Obra
Hidrulica (A,B,C,D).
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
14/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
En el estudio de una cuenca real con datos reales es necesario utilizar
un modelo en ordenador, en el que se introducen las caractersticas
fsicas de la cuenca. En otras ocasiones es posible abordar el
problema manualmente. Separacin de la lluvia neta: Calcular que parte de la precipitacin cada
va a generar escorrenta superficial
Clculo de la escorrenta producida por esa precipitacin neta. Existen
diversos mtodos: Mtodo racional, Hidrogramas sintticos, Hidrograma
Unitario, etc. El hidrograma calculado se suma al caudal base, si exista
previamente
Clculo de la variacin del hidrograma calculado en el paso anterior a
medida que circula lo largo del cauce; esto se denomina del
hidrograma
Opcionalmente, y teniendo en cuenta la geometra del cauce en una zona
concreta, calcular la altura que alcanzar el agua y, por tanto, las reas que
quedarn inundadas cuando el hidrograma calculado en los pasos
anteriores pase por all. Se pueden realizar clculos aproximados de la
seccin inundable, pero para un clculo fiable es necesario utilizar el
programas HEC-RAS. Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
15/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL 1. Hietograma
Para precipitaciones reales se obtiene de un pluvigrafo, aunque estos
clculos no suelen realizarse con una precipitacin que ya sucedi , sino
con intensidades de precipitacin calculadas estadsticamente
de . Su distribucin en el tiempo (la forma del
hietograma) puede calcularse o puede estar catalogada previamente
dependiendo de la zona geogrfica.
2. Separacin de la Precipitacin neta
El clculo de que parte de la precipitacin va a generar escorrenta puede
realizarse para cada incremento de tiempo (por ejemplo: hora a hora o de 5
en 5 minutos como se indica en el esquema adjunto mostrado), o tambin
para todo el evento en forma conjunta (Por ejemplo: Cuando se usa el
mtodo del Ex -Servicio de Conservacin de Suelos del los EE.UU (SCS:
Soil Conservation Service) actual Servicio de Conservacin de los Recursos
Naturales-SCRN del USDA, o simplemente aplicando un coeficiente de
escorrenta calculado o estimado.
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
16/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
Escorrenta-Infiltracin
17/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
Fuente: GOULART, et al 1992
Escorrenta-Infiltracin
18/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL.. 3. Hidrograma
En esta fase se calcula el Hidrograma generado por la precipitacin neta
(Mtodo Racional, Hidrogramas sintticos, Hidrograma unitario)
Al hidrograma se le aade el caudal bsico si exista previamente
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
19/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL.. 3. Hidrograma
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
20/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL.. 3. Hidrograma
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
21/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL.. 4. Trnsito de la avenida: Retardo
y Atenuacin
Si el hidrograma calculado an
debe recorrer cierta distancia
hasta llegar a la zona de inters,
debemos calcular el trnsito de la
avenida: retardo y atenuacin
disminucin del caudal punta (por
ejemplo: Mtodo de Muskingum)
Fuente: F. JAVIER SNCHEZ SAN ROMN-DPTO. GEOLOGA-UNIV.SALAMANCA (ESPAA-2012)
Escorrenta-Infiltracin
22/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
PROCEDIMIENTO GENERAL.. 5. Clculo de la seccin y de las reas inundables
El hidrograma calculado (y, transitado) provocar una altura de inundacin
que depender de la geometra del cauce (y de sus reas colindantes), de
la pendiente, del tipo de cauce, etc. , cuyo comportamiento podemos
simular usando el programa Hec-RAS en cauces con pendientes menores a
6%, o aproximaciones del comportamiento del flujo usando la frmula de
Manning.
Escorrenta-Infiltracin
23/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
DISTRIBUCIN DE LA PRECIPITACIN EN EL SUELO La lluvia que cae se consume totalmente en los siguientes eventos:
a) Intercepcin
b) Detencin Superficial
c) Humedad del Suelo
c.1) Zona Saturada
c.2) Zona No Saturada
c.2.1.) Humedad higroscpica
c.2.2) Humedad capilar
c.2.3) Humedad Gravitacional
ndices para determinar el contenido de humedad del suelo
- Coeficiente higroscpico: Es la humedad mxima que una muestra, inicialmente seca,
absorbe cuando se pone en contacto con una atmsfera al 50% de humedad relativa y a
25 C.
- Punto de Marchitez : Es el contenido de humedad por el cual se presenta marchitez
permanente de las plantas; depende del tipo de plantas, de su edad y sistema de races,
del clima, del volumen del suelo, etc.
- Capacidad de Campo: Es la cantidad de agua que un suelo saturado puede retener
despus de ser centrifugado con una fuerza de 1,000 g; tambin es la cantidad mxima
de agua que puede ser retenida por el suelo en contra de la accin de las fuerzas de
gravedad
Escorrenta-Infiltracin
24/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
MECANISMOS DE RETENCIN DEL AGUA POR PARTE DEL SUELO
Escorrenta-Infiltracin
25/50
Curso: HIDROLOGA GENERAL CICLO 2015 - 1
Ing. Civil CLIFTON PAUCAR Y MONTENEGRO C. M Sc. en Ingeniera Hidrulica UNI Lima - Per
Ap
licacio
nes
MECANISMOS DE RETENCIN DEL AGUA POR PARTE DEL SUELO
Se puede observar en el
esquema adjunto, el
movimiento del agua a
medida que transcurre el
tiempo