SISTEMA DE AGUAS PLUVIALES

Formula Racional

Introduccion

Para el estudio y diseño de estructuras hidráulicas es necesario conocer los caudales de avenidas, es decir, los caudales correspondientes a los canales de drenajes o alcantarillas; o sencillamente para calcular los niveles máximos de inundación, ya que de esto va a depender que el diseño sea mas duradero y de calidad. A lo largo de los años se ha notado en muchos países la deficiencia que presenta las estructuras en cuanto a tiempo de duración, en su mayor parte debido a que no se toman en cuenta los detalles de las cuencas y subcuencas de la zona que pueden afectar el diseño a realizar. Existen diferentes métodos para saber los caudales, uno de estos es por medio de la FORMULA RACIONAL. Basándose en estos métodos se obtendrá un caudal promedio que nos servirá para el diseño de la estructuras Hidráulica en cada cauce.

Los parámetros para la definición de cada una de las cuencas son:

1. Superficie
2. Longitud del cauce principal
3. Cota del punto más alto
4. Cota del punto de desagüe
5. Pendiente media del cauce principal
6. Tiempo de concentración (Tc): se define como el transcurrido desde el tiempo de aguacero hasta el final de su hidrograma superficial.

La Fórmula Racional, es una metodología utilizada para determinar el caudal máximo generado por una lluvia correspondiente a un determinado periodo. Esta dado comúnmente en el diseño de drenajes urbanos. Y esta evaluación va a depender del análisis del caudal desde las cuencas hasta las subcuencas. Por lo general este método se recomienda para cuencas no mayores a 30 km2. Éste método, además del área de la cuenca y el coeficiente de escurrimiento, considera principalmente la intensidad máxima de precipitación. Es un Método desarrollado en el año de 1889, pero por su sencillez todavía se sigue utilizando.

La Hipótesis fundamental es: una lluvia constante y uniforme que cae sobre las cuencas de estudio, que producirá un gasto de descarga el cual alcanza su valor máximo cuando todos los puntos de la cuenca esta contribuyendo al mismo tiempo en el punto de diseño. La hipótesis se satisface para un lapso de tiempo, denominado tiempo de concentración tc , definido como el tiempo que tarda el agua en fluir desde el punto más alejado de la cuenca hasta el punto de aforo o de estudio.

La fórmula racional es:

Q = C.I.A / 360

Donde:
Q: es el caudal en metros cúbicos por segundo,

I: es la intensidad en milímetros por hora,

A: es la superficie de la cuenca en hectáreas,

C: es un coeficiente de escorrentía sin dimensiones.

Secuencia de aplicacion del Metodo:

1.- Se estima el tiempo de Concentracion es el tiempo de concentracion que hay entre la concentracionm en la superficie natural, y el tiempo de traslados a los recolectores. Tc= tcs+ts.

2.- Se evalua el coeficiente de escurrimiento esto va a depender de las superficies que conforman el terreno, y el tipo de area, bien sea urbana, no urbana.

3.- Periodo de Retorno del diseño esto va a depender del tipo de diseño de estrcutura que se va a realizar involucrados en el sistema de drenaje urbano.

Periodos de retorno para estructuras menores

Tipo de estructura Periodo de retorno, en años

Bordos 2 a 50
Zanja para drenaje 5 a 50
Drenaje de aguas pluviales 2 a 10
Drenaje en aeropuertos 5
Drenaje en carreteras 50

4.- Intensidad de la lluvia La intensidad media de la lluvia para una duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y asociada al periodo de retorno de diseño, se puede estimar con alguno de los métodos descritos, métodos probabilísticos o de regresión lineal múltiple.

5.- Se determina el Gasto pico o maximo Definidas las magnitudes de las variables involucradas en la fórmula racional, se procede a calcular el gasto pico o máximo con la ecuación

6.- Diseño de los colectores urbanos Se procede a determinar el diámetro de los colectores de cada uno de los tramos de la red de drenaje.

Resolver la ecuación es tema sencillo y con datos proporcionados por la misma evaluación del cause, pasos a seguir:

1.-El área (A) se mide por medio de levantamientos topográficos, o a partir de mapas o fotografías aéreas.

2.-Para obtener el valor de la intensidad (I) primero es necesario calcular el tiempo de recolección del área de captación, es decir, el tiempo máximo que tarda la escorrentía de superficie en pasar de cualquier punto de la cuenca a la salida en diversos tamaños y pendientes. El dato siguiente es sobre la intensidad máxima de la lluvia que es probable dure durante el tiempo de recolección de la información. De ser posible se deben utilizar los registros de las precipitaciones locales para calcular este valor. Cuando no se dispone de registros locales se puede efectuar un cálculo que se deriva de los registros de las precipitaciones como muestra la Figura 1. Esta figura muestra la precipitación máxima que es probable se produzca por término medio una vez cada diez años.

Figura 1. Relación entre la intensidad de la lluvia y la duración

3.- El coeficiente (C) es una medida de la proporción de la lluvia que se convierte en escorrentía. En un techo de metal casi toda la lluvia se convertirá en escorrentía, de manera que C será casi 1,0, mientras que un suelo arenoso bien drenado, donde las nueve décimas partes de la lluvia penetran en la tierra, el valor de C sería de 0,1. El Cuadro 1 da algunos valores de C. Cuando la cuenca tiene diferentes tipos de tipografía, o de uso de la tierra, se obtiene una media ponderada combinando los diferentes valores en proporción al área de cada uno de ellos.

Cuadro 1 - Valores del coeficiente C de la escorrentía aprox. (de Schwab et al. 1981)

Ventajas del Método

• Es una formula bien sencilla de aplicar, y sus valores de incógnita son fácil de conseguir, ya que los proporciona la misma zona a estudiar.
• Es una formula rápida para aplicar a cualquier cause.
• Proporciona información de la zona ya que están involucrados estudios de suelos e hidrografía.

Conclusiones

Como ocurre en todos los estudios hidrológicos la confiabilidad de los resultados que se obtienen en el cálculo de crecientes depende del método que se emplea, de la correcta utilización de los coeficientes empíricos y de la calidad de la información disponible.

En este caso se presenta un procedimiento que analiza individualmente las subcuencas que conforman la cuenca de estudio analizando desde el uso de la tierra, el grupo de suelo y el tipo de terrenos, permitiendo así determinar un alto grado de exactitud cuál es el aporte de cada una al caudal de la creciente que ocurre a lo largo de la corriente principal y las líneas de vertientes hasta el punto de salida de la cuenca.

Bibliografia

Silva M, Gustavo. Hidrológica básica. Publicaciones Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional. Sede Bogotá. 1998. Página Web www.geocities.com/gsilvam

www.fao.org/docrep/T0848S/t0848s09.htm

http://www.geocities.com/awesome_quad/cap3/eyr30w.htm