Determinación de caudales máximos de escorrentía

Método racional.

Es un método empírico aproximado para calcular el caudal máximo probable de escorrentía para diseñar canales, drenajes o alcantarillas, o para calcular los niveles máximos de inundación.

La fórmula racional es:

Q=C*I*A/360

Dónde:

• 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
  

Para resolver la ecuación, cada uno de los tres factores del miembro de la derecha tiene que ser conocido. El área A se mide por medio de levantamientos topográficos, o a partir de mapas o fotografías aéreas.

Para obtener el valor de la intensidad I primero es necesario calcular el Tiempo de Concentración del área de captación, es decir, el tiempo máximo que tarda la última gota en llegar  a la salida de la cuenca donde estará ubicada la obra. En el Cuadro 1 se dan valores del tiempo de concentración en cuencas hidrográficas de diversos tamaños y pendientes.

Cuadro 1 – Tiempo de Concentración de pequeñas cuencas hidrográficas (de Schwab et al. 1981)

 

El dato siguiente es la intensidad máxima de la lluvia que es probable dure durante el tiempo de concentración. De ser posible se deben utilizar los registros de las precipitaciones locales para calcular este valor. Las tempestades que duran menos de cinco minutos pueden tener intensidades sumamente elevadas; en este método no se deben utilizar tiempos de concentración de cinco minutos o menos. La Figura 1  muestra la precipitación máxima que es probable se produzca por término medio una vez cada diez años. Para obtener valores correspondientes a períodos más breves o mayores, se pueden utilizar los factores de conversión del Cuadro 2.

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

 

Cuadro 2 – Factores de conversión de la probabilidad de la lluvia para diversos períodos

 

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 3 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 3 – Valores del coeficiente C de la escorrentía (de Schwab et al. 1981)

 

Otro factor a considerar es la forma de la cuenca hidrográfica. El Cuadro 3 da la escorrentía de una cuenca que es regular, ya sea cuadrada o redonda. Si la cuenca tiene otra forma se deben aplicar los factores de conversión siguientes:

• Cuenca Cuadrada o redonda: 1,0
  
• Cuenca Alargada y angosta: 0,8
  
• Cuenca Ancha y corta: 1,25