Tiempo de concentración en cuencas

Transcripción

1 Tiempo de concentración en cuencas El tiempo de concentración de una cuenca se define como el tiempo de respuesta hidrológica de la misma, es decir el tiempo que tarda en recorrer una gota de lluvia desde su encharcamiento en el punto más distante hasta llegar al punto de cierre o punto de interés de la cuenca. Existen diversas metodologías o ecuaciones para calcular el tiempo de concentración de una cuenca, ninguna es más precisa que otra, no obstante cada ecuación fue desarrollada para ciertas características de una cuenca por lo que el uso de cada ecuación está adaptada a ciertas condiciones. A continuación se mostrará las principales: Asignatura: Hidrología Profesor: MSc. Héctor Mayorga Pauth elispot17@hotmail.com

2 1) Método del US Soil Conservation Service El método del U. S. Soil Conservation Service, propone estimar el tiempo de concentración en minutos para cuencas urbanos donde el mayor recorrido se da a través de canales y/o alcantarillas. Se calcula a través de la siguiente expresión: tc( min) 1 60 Donde : L: Longitud del escurrimiento principal, en metros. v: Velocidad media estimada, en m/s. Nota : La velocidad media del escurrimiento se estima a partir de la fórmula de Manning, considerando una pendiente representativa de la cuenca, obtenida de la topografía de l a cuenca. 2) California Culverts Practice Este método permite calcular el tiempo de concentración en cuencas donde el escurrimiento se da mayoritariamente sobre laderas y quebradas en los cerros (cuencas montañosas) 0,385 Donde : L 1 : Longitud del cauce, en km. H : Desnivel Máximo de la cuenca, en metros. tc(min) 60 L v 0,87 L H 3 1

3 3) Ecuación de Giandotti: Se utiliza para áreas de cuenca menores a 200 [Há] 4* S 1,5* L t c 0,8 * H Donde: tc = Tiempo de concentración en horas S = Superficie de la cuenca en Km 2 L = Longitud del cauce principal, en Km H = Altura media de la cuenca sobre el punto estudiado, en metros 4) Método de la Velocidad media de escurrimiento Dadas las características geomorfológicas de cada cuenca en estudio, se determina la pendiente media de la cuenca y con ella se estima la velocidad media de escurrimiento mediante una correlación entre estas dos variables obtenida a partir de valores entregados por Texas Highway Departament. Rational Design of Culverts and Bridges, la cual se reproduce en el Cuadro Nº 1

4 Cuadro Nº1 Pendiente(%) Velocidad Promedio(m/s) 3 0,45 7 0, ,2 15 1,35 La expresión que correlaciona la velocidad y la pendiente es: V 3,668* i 0,4886 Donde i= pendiente promedio. Con la velocidad obtenida y la longitud del cauce principal se procedió a determinar el tiempo de concentración correspondiente a cada una de las cuencas empleando la siguiente relación: L t c 3,6 * Vm Donde: tc = Tiempo de concentración. [hrs] L = Longitud del cauce principal. [km] Vm = Velocidad media de escurrimiento superficial [m/s] La desventaja de este método es que no toma en cuenta el recorrido del agua de lluvia desde que llega a la superficie hasta los cauces. (Aparicio, 2012).

5 5) Ecuación del PHC (Ecuación del Ing. Basso) El uso de esta ecuación ha sido ampliamente difundido en Centroamérica y en especial en Nicaragua, sin embargo se debe hacer la salvedad que esta ecuación tiene su mayor aplicabilidad en cuencas que tienen rios o cauces con pendientes medias homogéneas que se compensan entre ellas y no hay una muy fuerte variación de cota entre un tramo y otro. (Bernardo, 2013) t C 3.28L SC 0.77 Donde: tc L Sc = Tiempo de concentración. [minutos] = Longitud del cauce principal en metros. [m] = Pendiente del cauce principal

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7 Ver hoja No.4 de la actual presentación

8 Consideraciones del tiempo de concentración en cuencas urbanas En la práctica, todas estas fórmulas no siempre conducirá a estimaciones cercanas a la realidad, si no se realiza una investigación exhaustiva de las características físicas de la cuenca bajo estudio en la cartografía topográfica disponible. Adicional a lo anterior, la inspección de campo ayudará a la identificación de los patrones de flujo y su preponderancia, así como a la especificación de las condiciones físicas de los cauces y superficies de flujo, lo cual permitirá seleccionar los coeficientes de fricción más adecuados (Campos, 2011). A diferencia de las cuencas rurales donde el cálculo del Tiempo de concentración (Tc) es básicamente global, la estimación de este tiempo en cuencas urbanas es discretizada, teniéndose que tomar en cuenta el tipo de flujo que predomina sobra la cuenca para seleccionar la mejor fórmula empírica. Para estiamar el tiempo de viaje en el flujo sobre terreno se utiliza la ecuación de Kerby (1959) Donde L = Longitud del flujo en metros (debe ser menor a los 91m) Nr= Valor de resistencia al flujo sobre el terreno (Ver Tabla 6.5) S= Pendiente del terreno en m/m Tomado del libro: Hidrología Urbana (Campos, 2010)

9 Para estimar el tiempo de viaje en flujos concentrados (Tv2) es la de Kirpich Finalmente para estimar el tiempo de viaje en canales revestidos, tuberias o alcantarillas (TV3) es a través de la siguiente expresión:

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11 Consideraciones del tiempo de concentración en cuencas urbanas Tomado del libro: Hidrología Urbana (Campos, 2010)

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