Hidrologia i Тrabajo práctico Nº : aforos directos

HIDROLOGIA I

Trabajo Práctico Nº : AFOROS DIRECTOS

1 INTRODUCCION

Aforar significa determinar el gasto que escurre a través de un curso natural o de un canal artificial de agua1.

Entre las diversas maneras de efectuar los aforos, existen dos procedimientos que interesan en Hidrología: a) los denominados métodos directos, en los cuales se mide la velocidad del escurrimiento y la sección mojada correspondiente y b) los denominados métodos indirectos, donde la velocidad se estima mediante mediciones y reconocimientos de campo especiales; con formulaciones matemáticas derivadas de la Hidráulica clásica, como son las ecuaciones de Bernoulli y de Chezy-Manning. En este Trabajo Práctico analizaremos el caso de aforos directos.

2 ELECCION DE LA SECCION DE AFORO

La sección del curso tiene una gran incidencia en la calidad del aforo. En algunos casos, se encuentra preestablecida debido a alguna razón en particular. De lo contrario, para realizar su elección deben tenerse en cuenta las siguientes consideraciones:

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debe ser una sección de márgenes y fondo preferentemente estables (sin erosión ni sedimentación significativa)

en lo posible no debe estar sujeta a desbordes; debe ser más bien estrecha y de geometría contínua para evitar cambios bruscos en la ley H-Q.

debe tener preferentemente un control seccional o, dicho de otro modo, no debe estar afectada por fenómenos producidos aguas abajo de la misma (remanso, mareas, etc.); es decir, la relación entre alturas y caudales debe ser, de preferencia, biunívoca.

debe tener fácil acceso tanto durante estiajes como en crecidas.

En las secciones que reúnan estas condiciones, los aforos realizados para distintas situaciones del escurrimiento servirán para hallar una relación entre las alturas (tirantes) y los caudales, conocida como curva Característica de la Sección o Ley H-Q. (Gráfico Nro 1)

1 por extensión se aplica a cualquier otro fluído.

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3 INSTRUMENTAL DE MEDICION

El instrumental utilizado comúnmente en estos casos es el denominado velocímetro o molinete, que básicamente consta de una hélice o de un rotor de cazoletas que gira al reaccionar ante el movimiento del agua. Los instrumentos con rotor son de eje vertical -tipo Price- y los que tienen hélice de eje horizontal -tipo Ott-(Gráfico Nro 2). Además los molinetes se diferencian por la manera en que registran los giros del eje; los aparatos electricos envían una señal eléctrica cada vez que se produce una determinada cantidad de giros, en cambio los electrónicos registran cada vez que el eje completa una vuelta.

El procedimiento de medición consiste en posicionar el molinete en las ubicaciones preestablecidas de cada vertical de la sección transversal elegida y tomar los tiempos en el cual el instrumento emite un número fijo de señales (en los aparatos electrónicos se registra la cantidad de vueltas por minuto), con lo que se obtiene la velocidad de giro de la hélice luego se transforma a velocidad del escurrimiento mediante la ecuación de calibrado del mismo que es una ecuación del tipo

V [m/seg] = C1 n [vueltas/seg] + C2

donde C1 y C2 son constantes que se determinan en el calibrado el aparato.

Existen dos sistemas de sujeción del molinete durante el proceso de medición. Generalmente en cauces poco profundos, se utiliza una barra rígida con la ventaja de mantener la verticalidad del conjunto, lo que facilita la medición de profundidades. El otro sistema, aplicable a cursos más profundos, es mediante un cable, un torno y un lastre. Este último para atenuar el efecto de arrastre del escurrimiento sobre el aparato.

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4 MEDICION DE VELOCIDADES

Debido a las variaciones de la velocidad del escurrimiento dentro de la sección elegida y a los efectos de facilitar las operaciones en el campo, para la determinación del gasto necesitamos dividir dicha sección en varias subsecciones. El criterio más generalizado para establecer el ancho de cada subsección (o la cantidad de verticales donde medir velocidades), es considerar dentro de cada subsección, como máximo, una variación del gasto del 10 % con respecto al total.

Otro criterio es analizar las curvas isotáqueas de la sección (líneas de igual velocidad), realizando mayor cantidad de mediciones en las zonas donde el gradiente de velocidades es mayor.

Para utilizar este último criterio, en la practica se miden velocidades, en cada vertical, en la mayor cantidad de puntos posible, luego se marcan esos puntos con sus velocidades sobre la sección transversal y se trazan las líneas de igual velocidad. Por último se miden las areas entre las isotáqueas y se las multiplica por la velocidad promedio entre las isotáqueas, obteniéndose asi los caudales parciales. Sumando los mismos obtenemos el total. Se obtiene la velocidad media con la expresión:

U = Q / A

siendo A la sección mojada total

Para utilizar el primer criterio, se pueden utilizar los siguientes métodos para evaluar la velocidad media.

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a) Método de integración

Sobre una vertical se hace descender y ascender el aparato a una velocidad constante y se toma el tiempo; dividiendo el número de vueltas total sobre el tiempo total se tiene el número de vueltas por unidad de tiempo promedio en la vertical. Teóricamente lo que se hace es integrar el diagrama de velocidades en la vertical. La dificultad de este método es la de obtener una velocidad constante en la práctica.

b) Método de la velocidad a 0,6 de profundidad

Si suponemos que la distribución vertical de velocidades tiene una forma parabólica con eje horizontal ubicado entre el pelo libre y una profundidad de 0,33h, la velocidad media se halla

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