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e Ingeniería Civil

Área de Ingeniería Hidráulica
Laboratorio de Ingeniería Hidráulica e Hidrología
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INSTRUCCIÓN DRENAJE SUPERFICIAL 5.2 IC

1. PLANTEAMIENTO GENERAL

La estimación de los caudales asociados a distintos periodos de retorno depende del tamaño y naturaleza de la cuenca.

Para cuencas pequeñas (tiempo de concentración inferior a 6 horas) se puede utilizar el Método Hidrometeorológico, correspondiente a esta Instrucción. Se basa en la aplicación de una intensidad media de precipitación a la superficie de la cuenca natural.

Hay que tener en cuenta el tipo de cuenca a estudiar, ya que puede influir sustancialmente. Nos podemos encontrar con plataforma de carreteras, cauces poco definidos, retención por depresiones o deshielos, que laminen, aumenten o desvíen el recorrido de las escorrentías.

Siempre que sea posible se deberá contrastar los resultados con caudales de estaciones de aforo o niveles conocidos de caudales de avenida.

2. FÓRMULA DE CÁLCULO

El caudal de referencia Q en el punto en el que desagüe una cuenca o superficie se obtendrá mediante la fórmula:

Formula Caudal

Cada uno de los parámetros que la componen a su vez, hay que calcularlo según se indica en la Instrucción 5.2 IC sobre Drenaje Superficial.

Ya que su desarrollo íntegro se encuentra en la Instrucción adjunta, podemos resumir el procedimiento en el siguiente esquema:

Figura Esquema de calculo

Realizamos para ello un Ejemplo práctico.

2.1. CUENCA VERTIENTE

Mediante un análisis topográfico del Modelo Digital del Terreno, determinamos los límites de la cuenca vertiente.

Suponemos que nuestra Área es de 150 Km2.

2.2. TIEMPO DE CONCENTRACIÓN

Para calcular el Tiempo de Concentración de la Cuenca en horas, determinamos primeramente;

- Longitud del cauce principal en kilómetros. Ej. L = 1,2 Km.

- Pendiente Media del cauce en tanto por uno.

Figura Longitud Rio

Si la Cota superior es la 180 m y la inferior 120 m, tenemos;

Formula Calculo Pendiente

 El valor del tiempo de Concentración es,

Formula Tiempo de Concentracion

 

Nota: En el caso que el tiempo de concentración fuese inferior a 30 minutos o el agua circulara por la plataforma de la calzada, consultar el apartado 2.4. y la figura 2.3 de la Instrucción.

2.3. INTENSIDAD MEDIA DIARIA

Tal y como indica el apartado 2.3 de la Instrucción, Id es la Intensidad Media Diaria para el Periodo de Retorno considerado e igual a Pd/24 en mm/h.

A su vez, Pd,  es la Precipitación Total Diaria para el mismo Periodo de Retorno en mm.

Se recomienda tomar los datos de la Agencia Estatal de Meteorología (AEMet).

A falta de esta información, se recomienda utilizar la publicación -Máximas Lluvias Diarias en la España Peninsular-, publicado por el Ministerio de Fomento, en 1999.

En nuestro caso, hemos obtenido una precipitación diaria de 220 mm.

Por tanto, la Intensidad Media Diaria será de:

Formula Intensidad Diaria

2.4. INTENSIDAD MEDIA

Esta Intensidad Media corresponde al Periodo de Retorno considerado en el cálculo de las precipitaciones y un tiempo igual al de Concentración, en mm/h.

El único valor que nos falta es la relación entre la Intensidad horaria y diaria, que lo tomaremos de la figura 2.2 de la Instrucción.

Mapa Coeficiente Torrencialidad

 

En nuestro caso su valor será de 8.

Por tanto, obtenemos una intensidad media,

Formula Intensidad para Tiempo de Concentracion

2.5. UMBRAL DE ESCORRENTÍA

El Umbral de Escorrentía corresponde con el valor mánimo a partir del cual la precipitación produce escorrentía. Esto es, se debe cumplir que la lluvia caída Pd sea mayor que el valor del umbral de escorrentía (Pd > P0) o la relación Pd/P0 > 1

Para determinarlo, recurriremos a las tablas contenidas en la Tabla 2.1 de la Instrucción.

USO DE LA
TIERRA

PENDIENTE
%

CARACT.
HIDROLOG.

GRUPO DE SUELO

A

B

C

D

Barbecho

> 3

R

15

8

6

4

N

17

11

8

6

< 3

R/N

20

14

11

8

Cultivo en
hilera

> 3

R

23

13

8

6

N

25

16

11

8

< 3

R/N

28

19

14

11

Cereales de
invierno

> 3

R

29

17

10

8

N

32

19

12

10

< 3

R/N

34

21

14

12

Rotación de
cultivos
pobres

> 3

R

26

15

9

6

N

28

17

11

8

< 3

R/N

30

19

13

10

Rotación de
cultivos
densos

> 3

R

37

20

12

9

N

42

23

14

11

< 3

R/N

47

25

16

13

Praderas

> 3

Pobre

24

14

8

6

Media

53

23

14

9

Buena

33

18

13

Muy buena

41

22

15

< 3

Pobre

58

25

12

7

Media

35

17

10

Buena

22

14

Muy buena

25

16

Plantaciones
regulares de
aprovechamiento
forestal

>3

Pobre

62

26

15

10

Media

34

19

14

Buena

42

22

15

< 3

Pobre

34

19

14

Media

42

22

15

Buena

50

25

16

Masas forestales
(bosque, monte
bajo, etc.)

Muy clara

40

17

8

5

Clara

60

24

14

10

Media

34

22

16

Espesa

47

31

23

Muy espesa

65

43

33

Rocas
permeables

>3

3

< 3

5

Rocas
impermeables

>3

2

< 3

4

Firmes granulares sin pavimento

2

Adoquinados

1,5

Pavimentos bituminosos u hormigón

1

 

Usos del Suelo: Se recomienda utilizar Sistemas de Información Geográfica para determinar correctamente los usos.

Mapa Usos del Suelo

Pendiente (%): Se puede determinar fácilmente mediante el análisis del Modelo Digital del Terreno y aplicaciones de SIG.

En el caso de bancales, la Instrucción recomienda tomar una pendiente inferior al 3%.

Mapa Pendiente del Terreno

Características Hidrológicas del suelo: "N" corresponde con cultivos según las curvas de nivel, y "R" según las líneas de máxima pendiente.

En caso de desconocimiento, se recomienda tomar "R", ya que corresponde con un valor del umbral de escorrentía menor, lo que nos sitúa del lado de la seguridad.

 Grupo de Suelo: Corresponde a una clasificación básica de los tipos de suelo en función del porcentaje de Arena, Arcilla y Limos.

Una vez determinada estas cantidades, mediante ensayos y reconocimiento de campo, podemos determinar el tipo de suelo mediante la siguiente figura 2.6 de la Instrucción.

Figura Tipo de Suelo

Para cada cuenca, se determinará un valor medio del Umbral de Escorrentía. Este valor medio se puede calcular realizando una media ponderada entre los valores del umbral con cada parcela o área que componga la cuenca.

Formula Umbral de Escorrentia

Si de los 150 Km2, hemos determinado los Umbrales de Escorrentías en tres subáreas, con los siguientes valores,

Figura Usos del Suelo

Subárea

Área (Km2)

Po (mm)

I

50

15

II

40

11

III

60

17

 

El Umbral de Escorrentía Medio será:

Formula Calculo Umbral de Escorrentia

Una vez calculado, debemos corregirlo, con el Mapa del Coeficiente Corrector del Umbral de Escorrentía,  según se indica en la Figura 2.5.

Mapa Coeficiente Corrector Umbral de Escorrentía

En nuestro ejemplo, tomaremos un valor de β=3.

Por tanto, en Umbral de Escorrentía queda;

Formula Umbral de Escorrentia Corregido

 

Según se indica en el apartado 2.5 de la Instrucción, "Si no se requiere gran precisión, podrá tomarse simplificadamente un valor conservador de P0 (sin tener que multiplicarlo luego por el coeficiente de la figura 2.5) igual a 20 mm, salvo en cuencas con rocas o suelos arcillosos muy someros, en las que se podrá tomar igual a 10 mm".

 



2.6. COEFICIENTE DE ESCORRENTÍA

Determinado el Umbral de Escorrentía y la Precipitación Diaria, comprobamos si existe escorrentía, mediante la relación;

 

En nuestro caso,

Figura Existencia de Escorrentia

Lo que viene a significar, que las precipitaciones caídas Pd es mayor al umbral de escorrentía de la cuenca. (Pd > P'0)

Aplicando el Coeficiente de Escorrentía;

Figura Coeficiente de Escorrentia

La Instrucción indica que "Las cuencas heterogéneas deberán dividirse en áreas parciales cuyos coeficientes de escorrentía se calcularán por separado, reemplazando el término C*A por Σ(C*A)".

2.7. FACTOR DE CONVERSIÓN

Finalmente, determinamos el coeficiente de conversión en función de las unidades utilizadas en los cálculos, del Caudal y del Área.

Dicho coeficiente incluye un aumento del 20 % en Q para tener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación. Su valor está dado por la tabla 2.1.

Tabla Coeficiente Conversion

En nuestro ejemplo, hemos utilizado en área en Km2 y el Caudal lo deseamos en m3/s. Por tanto, el valor de K=3

2.8. CAUDAL DE REFERENCIA

El Caudal de Referencia lo obtenemos sustituyendo los valores previamente calculados.

Formula Caudal de Referencia

3. APLICACIÓN WEB

Figura del Calculo Web



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