Métodos para determinar avenidas de diseño

Hidrología


Envolventes de Creager
La idea fundamental de este método es relacionar el gasto maximo (Q) con el area de la cuenca (Ac).



Q = Gastos de la avenida maxima en m3/s.
C = la SARH tiene evaluado C para cada una de las 37 regiones hidrológicas del país.
A = Area de la cuenca en Km2.

Método de las huellas maximas
Este método se utiliza para estimar el gasto maximo que se presentó durante una avenida reciente, en un río donde no se cuenta con ningún otro tipo de aforo.

Según la fórmula de Manning, la velocidad es:

Donde:
R = Radio hidraulico, m.
Pendiente de la línea de energía específica.
n = Coeficiente de rugosidad de Manning


De la ecuación de continuidad se tiene que: Q = V * A
Donde:
Q = Gastos de la avenida maxima en m3/s.
A = area hidraulica, m2.
V = velocidad, m/s.
De las dos fórmulas anteriores se puede obtener la siguiente fórmula:



Método racional modificado
La modificación al método racional consiste en utilizar los valores de lluvia maxima en 24 horas, para diferentes periodos de retorno, en lugar del valor de la intensidad de lluvia. El método considera que para un periodo crítico, la lluvia reportada en 24 horas puede presentarse en una hora; por tal razón este valor se debe expresar en cm/h. La fórmula queda de la siguiente manera.


Donde:
Q = escurrimiento maximo, en m3/s.
Ce = Coeficiente deescurrimiento.
P = Lluvia de diseño para un período de retorno dado, en cm.
A = area de la cuenca, en ha.
Intensidad maxima de lluvia (I)
El calculo hidrológico de la avenida de diseño se debera basar en el analisis de la información disponible sobre lluvias maximas de la zona y en las características físicas de la misma.
Las curvas intensidad-duración-frecuencia (IDF) son basicas en todo analisis hidrológico para la estimación de avenidas maximas por métodos empíricos e hidrológicos.
Han sido tan importantes los materiales en la vida del hombre que los historiadores han clasificado las primeras edades de la humanidad, según los materiales utilizados; así han surgido las edades de la Piedra, del Bronce y del Hierro.

Vemos cada día la aparición de materiales con propiedades extraordinarias tanto en el campo de la ingeniería, la biotecnología y la nanotecnología. La investigación y desarrollo de nuevos materiales constituye una actividad basicamente multidisciplinar que requiere el concurso de la Física, la Química y la Ingeniería y que en la actualidad ha adquirido unos niveles muy elevados de conocimiento tanto científico como tecnológico. Este hecho hace posible el diseño de materiales con composición y propiedades muy específicas que, en su caso, pudieran ser requeridos para el correcto desarrollo de las tecnologías emergentes (energía, comunicación, transporte, salud, medio ambiente, etc.).
Estas tecnologías modelaran el bienestar y progreso de los ciudadanos en las próximas décadas, al igual que ocurrió con los plasticos ysemiconductores en los años cincuenta.
Podemos afirmar que en los albores del siglo XXI nos encontramos al comienzo de una nueva etapa marcada por el devenir de los nuevos materiales. Los cuales buscan  mejorar el nivel de vida de la población, armonizar la relación con el medio ambiente o perfeccionar los sistemas productivos.
La extensión necesariamente limitada de esta publicación ha obligado a realizar una selección de los posibles temas y contribuciones que podrían cubrir un tema tan amplio como el de los nuevos materiales.
MATERIALES CERAMICOS AVANZADOS

Los ceramicos son materiales sólidos que no son ni metales ni polímeros aunque pueden tener elementos metalicos y organicos como constituyentes o aditivos. Los ceramicos se pueden presentar en forma amorfa, vítrea, mono cristalina, poli cristalina o combinaciones de algunas de ellas. Estos materiales tienen dos características importantes: por un lado, su capacidad de resistir al calor y por otro, su resistencia al ataque químico, que son debidas sustancialmente a la fortaleza del enlace entre sus atomos.

Estas virtudes se deben a los fuertes enlaces que mantienen a los atomos constituyentes en sus posiciones de equilibrio. La naturaleza de esos enlaces añade también un inconveniente crítico: la fragilidad. Un material fragil no se deforma bajo carga. Esta desafortunada propiedad hace que la ceramica sea particularmente sensible a mínimas imperfecciones en su microestructura, las cuales sirven de puntos de iniciación de grietas. Por consiguiente, se han dedicado muchos esfuerzos de la investigación ceramica a desarrollarnuevos procesos que minimicen estos defectos microscópicos; y se ha insistido en el diseño de nuevas composiciones y microestructuras que eviten el crecimiento de grietas.

Los recientes avances en el dominio de las ceramicas no sólo han permitido mitigar el problema de la fragilidad, sino que han proporcionado también un mayor control sobre aspectos de la composición y la Microestructura que gobiernan otras propiedades físicas. Tal control facilita el diseño de materiales ceramicos que satisfagan exigencias químicas, térmicas, mecanicas y eléctricas específicas, de las que ningún otro
Material pueden dar cuenta.

Las propiedades características de una ceramica derivan de su estructura, tanto en un nivel atómico como a una escala cuyo rango esta comprendido desde unos pocos micrómetros hasta unos cuantos milímetros. En el nivel atómico hallamos, por lo que a las ceramicas se refiere, dos tipos de enlace: iónico y covalente. La fuerza de los enlaces en los materiales ceramicos les confiere también un alto punto de fusión, dureza y rigidez.

Ahora bien, la fuerza de los enlaces en las ceramicas impide, al propio tiempo, el facil desplazamiento de planos atómicos entre sí; el material no puede deformarse para aliviar las tensiones impuestas por una carga. En razón de ello, los materiales ceramicos mantienen admirablemente su forma bajo una tensión, hasta que ésta excede cierto límite (límite de fractura); entonces, los enlace ceden de repente y el material se rompe catastróficamente.

La composición química y la microestructura de una ceramica determinan, en últimainstancia, todas sus propiedades macroscópicas. Y estan, a su vez, determ Tiempo de concentración
Para poder hacer uso de las curvas IDF, es necesario conocer el tiempo de concentración de la lluvia, que se define como el tiempo que pasa desde el final de la lluvia neta, hasta el final de la escorrentía directa. Representa el tiempo que tarda en llegar al aforo la última gota de lluvia que cae en el extremo mas alejado de la cuenca y que circula por escorrentía directa.
El tiempo de concentración se calcula mediante la ecuación:
Donde:
tc= tiempo de concentración, h.
L = longitud del cauce principal de la cuenca, m.
v = velocidad media del agua en el cauce principal, m/s.
La velocidad media se obtiene por medio del siguiente cuadro:






Método volumétrico
El método consiste en medir el tiempo en que se llena un recipiente de volumen conocido, y el gasto se determina con la siguiente expresión:


Donde:
Q = gasto, l/s.
V = volumen del recipiente, l.
t = tiempo en que se llena el recipiente, s.
Bibliografía:
Hidrología aplicada a las pequeñas obras hidraulicas. SAGARPA.