Obras hidráulica Bloque de riesgo hidrológico

Las curvas I-D-F (Intensidad-Duración-Frecuencia) son independientes de la frecuencia de ocurrencia.

Cuanto menor es la frecuencia de ocurrencia mayor es la intensidad.

Cuanto mayor es la duración de un evento menor es la intensidad

(Suponiendo que la precipitación de distribuye de manera uniforme en un área) A mayor Área menor intensidad.

En el método de los bloques alternados, la intensidad máxima se da en centro de la duración de la tormenta.

La precipitación media en una cuenca puede calcularse con el método de los Polígonos de Thiessen, método de las isohietas y método del cuadrado de la distancia recíproca.

Con el método de los bloques alternados conseguimos saber la distribución de la intensidad de lluvia en el transcurso de la tormenta.

Con el hietograma rectangular nos permite saber la distribución de la intensidad de lluvia en el transcurso de la tormenta.

El hietograma más empleado para las tormentas de proyecto es el hietograma rectangular.

Suponiendo el método de los bloques alternados, cuanto menor sea el número de bloques más distribuida estará la intensidad.

El tiempo de duración de la tormenta de proyecto tiene que ser como mínimo el tiempo de concentración de la cuenca.

Para estudiar la máxima lluvia diaria asociada a un periodo de Retorno el Ministerio de fomento propone una metodología basada en la publicación “Máxima lluvias diarias en la España Peninsular”

El método racional supone que la intensidad es constante durante la duración de la lluvia, por lo tanto se usa el hietograma rectangular.

En el Método racional, el caudal máximo de avenida será igual a la intensidad multiplicado por el área de la cuenca y por un factor denominado coeficiente de escorrentía

El coeficiente de escorrentía es un parámetro que engloba las infiltraciones del suelo y se obtiene a partir del umbral de escorrentía Po.

El coeficiente de escorrentía depende de la topografía, siendo mayor (menos infiltración) cuando aumenta la pendiente. También depende de la proximidad del nivel freático.

Cuanto mayor es la intensidad de la lluvia menor será el coeficiente de escorrentía ya que al ser más intensa la lluvia se producirá más infiltración.

El método racional se puede aplicar cuencas con cualquier área.

El tiempo de duración de la lluvia será como mínimo igual al tiempo de concentración, Tc.
Nota: debido a que la intensidad es constante en el tiempo, es conveniente que el Tc sea el menor posible, ya que cuanto mayor sea la duración de la lluvia, menos probable es que se mantenga constate.

El coeficiente de escorrentía se mantiene uniforme en el tiempo y en el área drenante. Para que esto se cumpla es necesario subdividir la subcuenca para que las características de tipo, uso, pendientes, impermeabilidad, etc., sean homogéneas.

El tiempo de concentración es el tiempo que tarda una gota en recorrer la cuenca desde el punto hidráulicamente más alejado hasta la salida de la cuenca.
Nota: La fórmula de Témez, propuesta por la DGC, solo depende de la pendiente media y la longitud del cauce principal.

La DGC (Dirección General de Carretera) emplea el método racional para el cálculo de caudales (norma 5.2 - IC drenaje superficial)

El método del HU no tiene en cuenta la forma de la cuenca

El HU es el que se produce por un impulso de lluvia efectiva unitaria de intensidad constante a lo largo de la duración efectiva y distribuida uniformemente sobre el área.

La respuesta de la cuenca ante el proceso de escorrentía sigue un comportamiento lineal, por lo que se pueden aplicar los principios de proporcionalidad y superposición

El método tiene en cuenta la variabilidad temporal de las características de la cuenca.

El método no distribuye la lluvia de forma uniforme a través de toda el área

El tiempo base del hidrograma de escorrentía directa resultante es constante para una duración de lluvia dada.

El HU de una duración determinada es único para una cuenca e invariante en el tiempo.

El hidrograma adimensional del SCS es un HU sintético en el cual se expresan los caudales en función del caudal pico, qp y los tiempos en función del tiempo al pico, Tp

El tiempo de retardo, tlag (tiempo transtcurrido entre el centro de gravedad de la lluvia efectiva y el centro de gravedad del hidrograma de escorrentía directa), se puede asimilar al tiempo de retardo en la punta, tp.

La diferencia entre el HU del SCS y el HU de la DGC se basa en la consideración del Tc. El primero lo considera desde el fin de Pe hasta el punto de inflexión del HU y el segundo desde el fin del Pe hasta el fin del HU triangular.

En los métodos de Puls(propagación a través de embalses) y método de Muskingum (propagación en cauces) el almacenamiento es función lineal de
Q(caudal) y de I y Q respectivamente.

Existen 3 tipos de propagación: hidrológica, agregada e hidráulica.

La propagación hidrológica parte de 2 ecuaciones.

La relación invariable entre el caudal de salida y el almacenamiento es más propia de ríos con grandes pendientes y poco caudal base.

Una relación variable entre el caudal de salida y el almacenamiento supone que no se produce en el mismo instante un descenso del caudal de salida y del almacenamiento.

Los efectos del almacenamiento sobre el hidrograma de salida es una disminución del caudal punta.

El tiempo de movimiento de la avenida está compuesto por un tiempo de redistribución y un tiempo de translación.

El método de Puls se puede obtener una relación entre el almacenamiento S y el caudal de salida Q a través de la altura.

El método combina dos tipos de almacenamiento: prismático y en cuña.

Durante el avance de la avenida se forma una cuña negativa.

El volumen de almacenamiento prismático es proporcional al caudal de salida.

El volumen de almacenamiento por cuña es proporcional a un factor X, que toma valores entre 0 (no hay cuña, para cauces muy caudalosos y de baja pendiente) y 0,5 (cuña completamente desarrollada sin atenuación del pico, para cauces poco caudalosos y mayor pendiente)

El factor K se considera igual al tránsito de la onda de avenida y se puede estimar a partir de los tiempos de viaje basado en aproximaciones de la onda cinemática.

El método se puede aplicar sin ninguna precaución.

Cuanta mayor división en subtramos más preciso será el método y menos inestabilidades numéricas.

Cuanto mayor sea la longitud de un cauce más subtramos tendremos que dividir ya que K será mayor.

El software HEC-RAS no tiene ninguna limitación de pendientes a la hora de desarrollar un modelo de simulación.

El software HEC-RAS realiza una simulación del perfil de la lámina de agua en un cauce en 1D.

Se puede realizar una estimación del coeficiente de Manning mediante Tablas de V.T. Chow, Casos reales con fotos o mediante el Método de Cowan.

El Metodo de Cowan para estimar el coeficiente de Manning solo tiene en cuenta las irregularidades, los obstáculos y la vegetación.

El software HEC-RAS solamente trabaja con un esquema de red de drenaje dentrítica (en árbol).

Para el desarrollo del modelo se puede asumir que existe una velocidad horizontal constante en cada subsección y que no existe transferencia de cantidad de movimiento entre subsecciones.

Se puede realizar una evaluación de la por fricción que se tiene en el tramo de estudio, aunque HEC-RAS realice una mediante capacidad de transporte medio.

Para incluir puentes de una forma realista en HEC-RAS se establece la condición interna de compuerta-vertedero, donde la cota del fondo de la compuerta equivaldría a la cota de la solera del encauzamiento, la cota de apertura sería la cota inferior del tablero y la cota del vertedero la cota superior del tablero

A la hora de establecer las pérdidas por expansiones y contracciones es necesario conocer tanto la pérdida de carga que se produce como el régimen del flujo que tenemos.

Los coeficientes de contracción y expansión son mayores para un flujo supercrítico que para un flujo subcrítico.

Se deben de definir secciones transversales donde existan: cambios en la pendiente, cambios en los caudales, cambios de rugosidad, cambio en la forma del cauce y singularidades (Puentes, aliviaderos, culverts, etc).

Los límites del estudio se llevan a una distancia tal que la modificación del tramo de estudio no suponga una modificación de las condiciones a esta distancia.

En los estudios hidráulicos se trabaja con periodos de retorno menores que para los estudios de sedimentación.

Los ríos grandes necesitan establecer mayor número de secciones transversales por km que los ríos pequeños para acometer un correcto estudio hidráulico.

Las zonas con pendiente requieren del establecimiento de un mayor número de secciones transversales para realizar un correcto estudio hidráulico.

Las secciones transversales deben de disponerse hasta una cota mayor a la que se estima que puede alcanzar el agua y abarcar completamente las llanuras de inundación.

Para resolver la problemática de los diques longitudinales (levees) se puede definir una nueva sección en el sitio donde se dé o añadir una estación y definir una cota (añadiendo así el perímetro mojado).

A la hora de establecer secciones en curvas, la llanura interior es más larga que la llanura exterior.

El coeficiente de Manning depende de la rugosidad de la superficie, vegetación, alineación del cauce, irregularidades del cauce, erosión y sedimentación, obstrucciones, tamaño y forma de la sección transversal, calado y caudal, cambios estacionales, temperatura y material en suspensión y arrastre de fondo

HEC-RAS convierte la rugosidad equivalente en el coeficiente de Manning usando la fórmula de Chezy y Manning.

Para flujos permanentes, el régimen subcrítico se calcula desde aguas arriba a aguas abajo

A la hora de modelar los puentes se ubican secciones suficientemente aguas abajo de puente (flujo no afectado por la estructura), inmediatamente aguas abajo del puente, inmediatamente aguas arriba del puente y suficientemente aguas arriba del puente (líneas de corriente paralelas y sección efectiva).

HEC-RAS genera una sección adicional con la geometría del puente.