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• Kenyi Hidalgo Diaz

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HIDROLOGIA 1.1.Generalidades Existe varios usos acerca del agua, en los que encontramos el abastecimiento de agua mpotable, irrigación a centros de cultivo y proyectos hidroenergeticos; los proyectos típicos de defensa del agua son drenaje urbano, drenaje agrícola, drenaje pluvial, etc. 1.2.Ciclo hidrologico del agua Se denomina ciclo hidrológico el conjunto de cambios que experimenta el agua en la Naturaleza, tanto en su estado (sólido, líquido y gaseoso) como en su forma (agua superficial, agua subterránea, etc). Han sido sugeridos numerosos esquemas del ciclo hidrológico, siendo la finalidad común la de proporcionar un gráfico sencillo que muestra las diferentes formas y estados en que se presenta·el agua

El ciclo hidrologico del agua es irregular, evidencia de esto son los fenómenos que ocurren en determinados años como son las sequias por periodo largo de escases de lluvia y como también tenemos inundaciones en determinadas fechas y lugares. La Hidrología está ligada al estudio de fenómenos naturales, de manera que los métodos que emplea no pueden ser rígidos, quedando algunas deci siones al criterio del ingeniero.· Pero es necesarip hacer notar que es ta falta de precisión previsible no oc~rre únicamente en la Hidrología~ sino que es común a toda la ingeniería, como comGn es la toma de precau ciones.

El empleo de la carga de fatiga y de la carga de trabajo en los materiales es el ejemplo típico en ingen1iería. Libro: Hidrología para estudiantes de Ingeniería Civil Autor: Wendor Chereque Morán - PUCP La Hidrología está ligada al estudio de fenómenos naturales, de manera que los métodos que emplea no pueden ser rígidos, quedando algunas decisiones al criterio del ingeniero. Para la elaboración de proyectos, particularmente de proyectos hidráulicos, el ingeniero requiere de datos sobre precipitación, caudales, evaporación, horas de sol, temperatura, vientos, etc. Está información básica la recopila en el país el Servicio Nacional de Meteorología e Hidrología (SENAMHI). La Hidrología enseña el manejo que se le da a esta información, no siempre completa y muchas veces ausente en el lugar mismo del proyecto. Los proyectos hidráulicos son de dos tipos: los proyectos que se refieren al uso del agua y los que se refieren a la defensa contra los daños que ocasiona el agua. Los proyectos típicos de uso del agua son los de abastecimiento de agua potable, los de irrigación y los de aprovechamiento hidroeléctrico; comprenden, además, los de navegación, recreación y otros. Los proyectos típicos de defensa son los de drenaje urbano, drenaje vial y drenaje agrícola; comprenden, además, los de encausamiento de ríos, los de defensa contra las inundaciones y otros. En el Perú estamos bastante familiarizados con estos dos tipos de problemas que se presentan con el agua, los de utilización y los de defensa. El estudio de nuestros recursos hidrológicos corre por cuenta del Estado, siendo su objetivo proporcionar a los ingenieros los elementos para el aprovechamiento y el control del recurso agua. En torno a esto es necesario decir que el principal trabajo realizado aquí en el país es el que se hizo en el ámbito de sus respectivas competencias institucionales. Se asignó como finalidad del Estudio para evaluar: 1. Los recursos hidrológicos disponibles en las diferentes zonas del país e identificar las posibilidades que existen para su mejor aprovechamiento. 2. Las máximas avenidas que pueden verificarse a lo largo de los cursos de agua que atraviesan las diferentes zonas del país e identificar las posibilidades para reducir los daños que ellas pueden provocar, por medio de adecuadas capacidades de embalses.

2.1. IMPORTANCIA DE LA HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA CIVIL Fuente: http://www.peruhydraulics.com.pe/noticias/p/importancia-de-la-hidrologia-en-laingenieria-civil En la actualidad, la hidrología tiene un papel crítico en el planeamiento del uso de los recursos hídricos, llegando a convertirse en parte fundamental de los proyectos de ingeniería relativos al suministro y disposición de aguas, drenajes, protección contra la acción de ríos y recreación. Con

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el soporte de la hidrología es que podemos obtener parámetros de diseños básicos para abordar diferentes estudios y obras relativas a la ingeniería civil.

Por ejemplo, las inundaciones son eventos hidrológicos extremos y catastróficos que bien pueden mitigarse mediante el estudio de la hidrología. APLICACIONES PRÁCTICAS DE LA HIDROLOGÍA: La hidrología posee aplicaciones prácticas tales como, investigaciones y estudios, diseño y operación de obras, aprovechamiento, control y conservación del agua. 

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Estudio y construcción de obras hidráulicas: Fijación de las dimensiones hidráulicas en las obras de ingeniería como son la determinación de los caudales máximos esperados en un vertedero, alcantarilla o sistema de drenaje urbano. Proyectos de Presas: Determinación de la capacidad de embalse requerido para asegurar el suministro adecuado de agua para irrigación o consumo municipal e industrial, así como los métodos de construcción. Drenajes: Evaluación de las condiciones de alimentación y de escurrimiento natural de las aguas y del nivel freático. Irrigación: Estudio de los fenómenos de evaporación e infiltración y aprovechamiento de las aguas. Regulación de los cursos de aguas y control de inundaciones: Estudio de variación de caudales y previsión de crecientes máximas, así como el establecimiento del efecto que producen las embalses, diques y otras obras sobre las avenidas de corrientes de aguas (crecientes). Control de la contaminación hídrica: Análisis de la capacidad de los cuerpos receptores de efluentes de sistemas de aguas industriales y urbanas. Control de la erosión: Mediante el análisis de Intensidad y frecuencia de las precipitaciones máximas, determinación de coeficientes de escorrentía superficial, estudio de la acción erosiva de las aguas, protección de ésta mediante recursos (vegetación, etc.) Aprovechamiento Hidroeléctrico Multipropósito: Estudio económico y dimensionamiento de las instalaciones, determinando caudales máximos, mínimos y promedios de las aguas, sedimentación, evaporación e inflación, operación de sistemas hidráulicos complejos, reacción y preservación del medio ambiente y vida acuática.

APLICACIONES DE LA HIDROLOGÍA EN LA INGENIERÍA CIVIL Fuente: http://ingenieriacivil.tutorialesaldia.com/ Desde el punto de vista de la Ingeniería Civil, la Hidrología incluye los métodos para determinar el caudal como elemento de diseño de las obras que tienen relación con el uso y protección del agua, como es el caso de represas, canales, acueductos y drenaje pluvial, entre otros.

En el aspecto más general, un Proyecto Hidráulico está íntimamente ligado a los usos que el hombre hace del agua, pudiendo ser éstos los que la utilizan con fines de aprovechamiento y los que suministran protección contra los posibles efectos dañinos de ésta. Se acepta que la Ingeniería Hidráulica es la rama de la Ingeniería Civil que se ocupa de planificar, proyectar y construir las obras hidráulicas, entendiéndose que son éstas las que cumplirán la función de captar, conducir, regular y protegernos de las aguas. Cualquier obra civil, cuyas dimensiones y características hayan sido establecidas atendiendo principalmente a criterios y normas hidráulicas e hidrológicas, es una obra o proyecto hidráulico. De esta forma, el uso de la Hidrología en la Ingeniería Civil, es fundamental para el planeamiento, diseño y operación de los proyectos hidráulicos, pues es el que se orienta hacia los parámetros hidrológicos de diseño. Sin embargo, dada la dependencia de esta ciencia de los aspectos meteorológicos y ambientales, los resultados deberán ser considerados como estimados en muchos casos y por lo tanto será necesario complementar las incertidumbres con métodos probabilísticos. Si el diseño en Ingeniería Civil se orienta al uso del agua con fines de aprovechamiento, la Hidrología es empleada, por ejemplo, para estimar la posibilidad o no de realizar el abastecimiento de demandas de agua en una población, desde fuentes superficiales (Ríos, lagos) o Subterráneas. Entre los usos más comunes del agua con fines de Aprovechamiento se destacan: 

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Abastecimiento Urbano. Es el uso asociado a la satisfacción de los requerimientos futuros de Demanda de agua para consumo doméstico, uso público, comercial, e industrial, principalmente. Una vez que se ha determinado el valor de la Demanda de agua, los métodos de la Hidrología permiten realizar el análisis de la fuente que va a suministrarla. El estudio hidrológico incluye aquí el análisis de Caudales Medios y Mínimos en la fuente, entre otros.

Figura 1. Abastecimiento urbano. Fuente: Arkiplus. Riego Agrícola.  Mediante el aprovechamiento del agua se garantiza la oferta de agua necesaria en el suelo para garantizar el crecimiento de las plantas empleadas en la producción agrícola (consumo consuntivo). Los estudios hidrológicos en este uso se centran en el análisis del Clima, Evapotranspiración y Lluvia en períodos cortos.

Figura 2. Riego agrícola. Fuente: Traxco. 

Hidroelectricidad. Este es el caso en que se captan caudales de corrientes superficiales (ríos) y se aprovechan las diferencias de cota para generar energía eléctrica a través de la transformación de la energía hidráulica. Para este tipo de Proyectos de Ingeniería Civil, los estudios hidrológicos determinan la capacidad que tiene la fuente para suministrar la demanda de energía, analizan las magnitudes de las crecientes que pueden atacar a las obras civiles y cuantifican los procesos de sedimentación y determinan las condiciones de la descarga.

Otro de los usos del agua es cuando se realizan obras de Protección, entre las que podríamos mencionar: 

Control de Crecidas. Comprende las obras y acciones encaminadas a impedir los daños que ocasionan los desbordamientos de aguas en los ríos u otros cuerpos superficiales en centros urbanos, plantaciones, etc.

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Control de Erosión. Consiste en impedir la acción erosiva del agua, tanto en cauces como en el suelo.

Con las obras de Protección, la Hidrología da a la Ingeniería Civil los métodos que analizan los regímenes de caudales medios y extremos (máximos) de las corrientes de agua en los tramos de influencia de las obras viales, en las zonas que requieren de alcantarillados de aguas lluvias, y en las zonas inundables adyacentes a los cauces. Finalmente, sean Obras de Aprovechamiento o de Protección, podremos pensar que los métodos de la Hidrología recolectan y procesan información histórica, programan y ejecutan actividades de campo en topografía, batimetrías, aforos líquidos y sólidos, toma y análisis de muestras de sedimentos, entre otros. Los resultados de éstos producen información sobre los siguientes aspectos: 

Características climatológicas y morfométricas de las zonas que tienen influencia sobre el área del proyecto Civil.

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Selección y capacidad de la fuente que suministrará el caudal que se entregará a los beneficiarios del proyecto.

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Magnitud de los eventos extremos (Crecientes y Sequías), que pueden poner en peligro la estabilidad de las obras civiles, o a los procesos de navegación o el suministro confiable de agua a los usuarios.

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Transporte de sedimentos hacia las obras de captación y almacenamiento, o erosión de cauces naturales.

LA HIDROLOGIA Y SU IMPACTO EN LA ING. CIVIL Espinoza Rubén, V. (2008). La ingeniería hidrológica. En Espinoza Rubén, V. (eds.), Hidrología, guía de estudio para las cátedras: Hidrología I, Hidrología II, (p. 4-7). Universidad Nacional De Cuyo.

Dentro de la amplitud de los conceptos analizados en el apartado anterior, la se refiere a todos aquellos aspectos que atañen al diseño, dimensionado y operación de proyectos y obras de ingeniería destinados al uso y control del agua. Los límites entre la hidrología y otras ciencias de la tierra, tales como la meteorología, climatología oceanografía, geología, etc., son confusos, y no tiene objeto práctico el intentar definirlos rígidamente. De la misma forma, la distinción entre la ingeniería hidrológica y otras ramas de la hidrología aplicada es igualmente vaga, habiendo aportado muchos de estos últimos conceptos básicos que ahora se hallan definitivamente incorporados a aquella. La hidrología es utilizada en ingeniería principalmente en relación con el diseño y funcionamiento de estructuras y obras hidráulicas. Su objeto es el de dar respuesta adecuada al ingeniero cuando se encuentra ante la problemática de contar con los datos básicos que le permitan dimensionar adecuadamente tanto las obras en su conjunto como sus diversos componentes. Las siguientes preguntas, son preguntas típicas que se espera deben ser respondidas por, o con ayuda de, un hidrólogo: ¿Qué caudales máximos pueden esperarse en el vertedero de una presa, en un colector de evacuación de crecidas o en la alcantarilla de una carretera? ¿Qué capacidad se requiere dar a un embalse para asegurar un suministro adecuado de agua para irrigación y otros usos, teniendo en cuenta las características propias del régimen hídrico del cauce, incluyendo sus períodos de sequías? ¿Qué efecto producen los embalses, las defensas de márgenes y otras obras de atenuación sobre las crecidas que se originan en os ríos donde las mismas se ubican? De los conceptos anteriores se inducen las dificultades que se presentan al pretender dar respuesta adecuada a interrogantes como los planteados, en lo cual serán determinantes la notoria heterogeneidad que presenta la distribución de los recursos hídricos sobre la superficie terrestre, por una parte, y la variabilidad de los aportes en el tiempo que se observa en un mismo lugar, por otra. En virtud de ello, la hidrología debe versar sobre distintos tópicos, los que en su forma más amplia pueden abarcar: − la recolección de datos − los métodos de análisis de los mismos Disponer de datos básicos adecuados es esencial en todas las ciencias y la hidrología no constituye una excepción. De hecho, las características complejas de los procesos naturales que tienen relación con los fenómenos hídricos hacen difícil el tratamiento de muchos de los procesos hidrológicos mediante un razonamiento deductivo riguroso. No siempre es posible partir de una ley básica y determinar, con base en la misma, el resultado hidrológico que se requiere. En su lugar, es necesario partir de un conjunto de hechos observados, analizarlos, y con este análisis establecer las normas sistemáticas que gobiernan tales hechos. Así,

el hidrólogo se encuentra en una difícil posición cuando no cuenta con los datos históricos adecuados para el área particular del problema. Resulta fundamental, al respecto, conocer la forma en que estos datos son recolectados y publicados, las limitaciones de precisión que ellos puedan tener y los métodos propios para su interpretación y ajuste. Los problemas típicos de hidrología implican cálculos de valores extremos que no se hallan presentes en una muestra de datos de corta duración, características hidrológicas en lugares en donde no se ha llevado a cabo recolección de información (lugares que son mucho más numerosos que aquellos de donde se dispones de datos), o cálculos de la acción humana sobre las características hidrológicas de un área. Generalmente cada problema hidrológico es único, en cuanto trata con un conjunto diferente de condiciones físicas dentro de una cuenca hidrográfica específica. Por lo tanto, las condiciones cuantitativas de un análisis no son siempre transferibles a otros problemas. Sin embargo, la solución general de la mayoría de los problemas puede desarrollarse a partir de la aplicación de unos pocos conceptos básicos relativamente tipificados. Los conocimientos de un ingeniero civil deben incluir estos conceptos y la forma en cómo deben aplicarse para resolver las fases específicas de un problema hidrológico determinado. Merece destacarse sobre el particular que la hidrología constituye una rama que difiere notoriamente de otras materias de la ingeniería. De acuerdo a lo expuesto, los fenómenos naturales con los cuales debe tratar la hidrología, no se prestan a los análisis rigurosos de la mecánica. Por esta razón, existe una mayor variedad de métodos, una mayor amplitud para la aplicación de criterios personales y una aparente falta de precisión en la determinación de los parámetros requeridos. En realidad, la precisión de las soluciones hidrológicas no se halla tan alejada, como aparenta, de otros tipos de cálculo de la ingeniería, en los que la incertidumbre se oculta generalmente con el uso de coeficientes de seguridad, con procedimientos rígidamente estandarizados y con suposiciones más o menos aproximativas referentes a las propiedades de los materiales, introducidas, las más de las veces, solo en pos de lograr soluciones que puedan ser desarrolladas con procedimientos matemáticos de resolución relativamente sencilla y generalizada. Resulta fundamental tener en cuenta al respecto que todas las obras hidráulicas deben ser dimensionadas en base a una planificación futura, no existiendo en consecuencia para la proyectista seguridad en cuanto a las condiciones a que quedarán sujetas las obras. El calculista de estructuras determina las cargas impuestas a las mismas, pero no cuenta con la seguridad de que tales cargas no serán excedidas, por ejemplo, o puede conocerse con certeza qué sobrecargas reales por viento o sismo podrán ejercerse sobre la estructura durante todo el tiempo que la misma se halle en servicio. Para tomar en consideración estas incertidumbres, efectuando consideraciones razonables, generalmente contenidas en los Códigos respectivos vigentes en las zonas en cuestión, utilizando coeficientes de seguridad adecuados.

El ingeniero hidráulico, por el contrario, está mucho menos seguro de los escurrimientos que afectarán a su obra. Las incertidumbres hidrológicas no son de manera alguna las únicas que presenta el diseño hidráulico, porque las demandas futuras de agua, los beneficios y los costos, son también todos inciertos en determinado grado. Sin embargo, un error serio en las estimaciones de los parámetros hidrológicos previstos o esperados, puede tener efectos devastadores sobre la economía del proyecto en su totalidad, o lo que es aún peor por sus consecuencias, sobre la estabilidad misma de las obras que lo componen. Dado que la secuencia exacta de los escurrimientos fluviales para los años futuros no puede predecirse, la ingeniería hidrológica debe plantear, y dar alguna respuesta, acerca de las variaciones probables de dichos escurrimientos y sus valores extremos, de modo tal que el diseño y del dimensionado de las obras, y sus partes componentes, pueda efectuarse basándose en un riesgo calculado. El análisis de los métodos para estimar la probabilidad de los eventos hidrológicos, y la utilización de estas probabilidades en los cálculos hidráulicos, constituye la finalidad primordial de la ingeniería hidrológica. A los fines de una mejor compresión de su importancia dentro de la ingeniería de las obras hidráulicas, un listado tentativo de los datos y estudios más usuales que, para el correcto diseño de aquellas, debe aportar la ingeniería hidrológica en particular y la hidrología en general, puede incluir, referido a las aguas superficiales, algunos de las siguientes:

• Estudio de los aportes naturales del cauce hídrico considerado, tanto en lo que hace a valores medios y extremos, como a su distribución temporal. • Volumen total de agua aportada por una fuente (río, arroyo, etc.) en un período determinado de tiempo, a los efectos de compararlas con las demandas que presenta el aprovechamiento analizado. • Caudal pico de la crecida máxima probable, para diversos tiempos de recurrencia, que puede producirse en el cauce principal considerado, atendiendo según corresponda, a sus posibles orígenes (nivel, pluvial, etc.) • Para toda la duración de la avenida, la distribución de los caudales en función del tiempo y el volumen total de agua aportada por la misma. • Intervalo de repetición de las crecidas. • Avance de las crecidas por los cauces principales. • Características e intervalo de repetición de las sequías.

• Estudio de las capacidades, más convenientes, que deben tener los embalses y las obras de conducción, adecuados tanto a las disponibilidades del recurso como a los insumos previstos, dentro de rangos económicamente factibles. • Estudio de las características de los fenómenos de erosión, sedimentación e infiltración. • Calidad de las aguas en general, y su salinidad, en particular. • Delimitación de línea de ribera y localización de zonas inundables. Estudio del riesgo hídrico de márgenes y ordenamiento territorial asociado. Rotura de presas. • Apoyo al estudio de los aspectos ecológicos y económicos involucrados. • Medición y seguimiento de procesos de fusión nivel y de glaciares. En muchos casos los estudios inherentes a un proyecto deben incluir los del agua subterránea, que en obras aisladas pueden limitarse a determinar el efecto de aquella en los métodos constructivos y disposiciones de proyecto a adoptar, mientras que, en estudios integrales, corresponde que sean llevados a cabo con amplitud, dada la interrelación y complementación que debe existir entre las aguas superficiales y profundas, para la atención más racional y económica de las demandas de agua con fines de riego o de abastecimientos diversos (agua potable, industriales, etc.). En estos casos los estudios deberán abarcar, total o parcialmente: • Estudio integral de las cuencas subterráneas. • Calidad de las aguas. • Estimación del volumen de agua subterránea disponible en condiciones normales de explotación. • Características del escurrimiento subterráneo. Cantidad, ubicación y características de los acuíferos explotables, efectuando, de corresponder, la zonificación necesaria. • Alimentación y recarga de acuíferos. Relaciones entre las aguas superficiales y subterráneas. • Relevamiento de las perforaciones existentes en el área bajo estudio. Para cada perforación, de ser posible, deben recopilarse los siguientes datos: identificación, nombre del propietario, año de construcción, diámetro (o diámetros), tipo de bomba instalada, tipo de motor, potencia instalada, caudal obtenido y croquis de ubicación, que permita luego volcar en un mapa regional la totalidad de las perforaciones detectadas.

INTEGRANTES: 1. 2. 3. 4.

Albarran Barrionuevo Jonatan Henrry Flores Aparicio Britzing Brayan Hidalgo Diaz Kenyi Alberto Sabino Guzmán Richard