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INTRODUCCIN
Una tormenta de diseo es un patrn de precipitacin definido para
utilizarse en el diseo de un
sistema hidrolgico. Usualmente la tormenta de diseo conforma la
entrada al sistema, y los
caudales resultantes a travs de este se calcula utilizando
procedimientos de lluvia escorrenta
y trnsito de caudales. Una tormenta de diseo puede definirse
mediante un valor de
profundidad de precipitacin en un punto, mediante un hietograma
de diseo que especifique la
distribucin temporal de la precipitacin durante una tormenta, o
mediante un mapa de
isoyetas que especifique el patrn espacial de la
precipitacin.
Las tormentas de diseo pueden basarse en informacin histrica de
precipitacin en un sitio o
pueden construirse utilizando las caractersticas generales de la
precipitacin en regiones
adyacentes. Su aplicacin va desde el uso de valores puntuales de
precipitacin en el mtodo
racional para determinar los caudales picos en alcantarillados
de aguas de lluvias y
alcantarillados de carreteras, hasta el uso de hietogramas de
tormentas como las entradas para
el anlisis de lluvia escorrenta en embalses de detencin de aguas
urbanas o en el diseo de
vertederos en proyectos que involucren grandes embalses.
Desarrollaremos la informacin
puntual de precipitacin, las relaciones intensidad duracin
frecuencia, los hietogramas de
diseo y las tormentas limites estimadas basadas en la
precipitacin mxima probable.
El proyecto de cualquier obra hidrulica demanda el conocimiento
de los caudales de diseo, los
cuales deben ajustarse a los periodos de retorno que normalmente
se especifican en funcin de
la finalidad para la que es construida la misma. Para la
obtencin de estos caudales, es comn
recurrir al empleo de mtodos estadsticos, en los casos en que se
cuenta con series histricas
de caudales, o en su defecto, cuando esta informacin no est
disponible a la aplicacin de
modelos de simulacin lluvia escorrenta.
TORMENTAS
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DEFINICIN DE TORMENTA
Se entiende por tormenta al conjunto de lluvias que obedecen a
una misma perturbacin
meteorolgica y de caractersticas bien definidas. De acuerdo a
esta definicin una tormenta
puede durar desde unos pocos minutos hasta varias horas y an
das; pueden abarcar
extensiones de terrenos muy variables, desde pequeas zonas hasta
vastas regiones.
ANLISIS DE UNA TORMENTA
El anlisis de las tormentas est ntimamente relacionado con los
clculos o estudios previos al
diseo de obras de ingeniera hidrulica, como son:
Estudio de drenaje
Determinacin de la luz de un puente.
Conservacin de suelos
Calculo del dimetro de alcantarillas.
Las dimensiones de estas obras dependen principalmente de la
magnitud que las tormentas
tengan, y de la frecuencia o periodo de retorno, esto a su vez
determina el coeficiente de
seguridad que se da a la obra, o los aos de vida probablemente
de la misma.
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Se comprende que lo mejor sera disear una obra para la tormenta
de mxima intensidad y de
una duracin indefinida, pero esto significa grandes dimensiones
de la misma y lgicamente hay
un lmite despus del cual, los gastos ya no compensan el riesgo
que se pretende cubrir.
ELEMENTOS FUNDAMENTALES DEL ANLISIS DE LAS TORMENTAS
Durante el anlisis de las tormentas hay que considerar:
INTENSIDAD
Que es la cantidad de agua cada por unidad de tiempo. Lo que
interesa particularmente
de cada tormenta es la intensidad mxima que se haya presentado.
Es decir, la altura
mxima de agua cada por unidad de tiempo. De acuerdo a esto la
intensidad se expresa
de la siguiente manera:
t
PI max
Dnde:
Imax = Intensidad mxima en mm/h
P = Precipitacin en altura de agua (mm.)
t = Tiempo en horas.
La lluvia o precipitacin pueden ser de forma, dependiendo la
intensidad:
Dbiles: I < 2 mm/h
Moderadas: 2 mm/h < I < 15 mm/h
Fuertes: 15 mm/h < I < 30 mm/h
Muy fuertes: 30 mm/h < I < 60 mm/h
Torrenciales: I > 60 mm/h
DURACIN
Corresponde al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin
de la tormenta. Se mide
en minutos o en horas.
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Aqu conviene definir el Periodo de Duracin, que es un
determinado periodo de
tiempo, tomado en minutos u horas, del total que dura una
tormenta. Es de mucha
importancia para la determinacin de las intensidades mximas.
Se escogen periodos de duracin tipos. Por ejemplo: 10 min, 30
min, 60 min, 120 min,
240 min. El principal objetivo es buscar la mxima intensidad en
esos periodos de
duracin.
Los parmetros como las precipitaciones y el tiempo, se obtienen
de un pluviograma que
es el grafico determinado por un equipo llamado pluvigrafo.
FLUVIGRAFO:
Es un instrumento, que registra la altura de lluvia en funcin
del tiempo, lo cual permite
determinar la intensidad de la precipitacin, dato importante
para el diseo de
estructuras hidrulicas
Los pluvigrafo ms comunes son de forma cilndrica, y el embudo
receptor est ligado
a un sistema de flotadores, que originan el movimiento de una
aguja sobre un papel
registrador. Como el papel registrador tiene un cierto rango en
cuanto a la altura de
registro, una vez que la aguja llega al borde superior,
automticamente llega al borde
inferior y sigue registrando. El grafico resultante se llama
pluviograma.
Los descensos ocurren cuando se ha llenado el recipiente, esto
es, cuando se han
alcanzado 10 mm de precipitacin y se desaloja el agua contenida
en l por medio del
sifn. Es frecuente que el pluvigrafo tenga alguna falla y por
ello los registros resultan
defectuosos. En ocasiones es posible recuperar los datos de un
registro defectuoso y a
veces no, dependiendo del tipo de falla. Tanto para comprobar
que el pluvigrafo
funciona correctamente como para recuperar los datos de un
registro defectuoso,
conviene ayudarse del registro del pluvimetro.
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FLUVIGRAFO
PLUVIOGRAMA
Se muestran algunas de las fallas ms comunes.
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FRECUENCIA
Es el nmero de veces que se repite una tormenta, de
caractersticas de intensidad y
duracin definidas en un perodo de tiempo ms o menos largo,
tomado generalmente
en aos.
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Aclaremos este concepto mediante un ejemplo. Una tormenta de
frecuencia 1/15
significa que es probable que se presente, como trmino medio,
una vez cada 15 aos.
Los 15 aos vienen a constituir el tiempo de retorno o periodo de
retorno de dicha
tormenta.
PERIODO DE RETORNO
Intervalo de tiempo promedio, dentro de cual un evento de
magnitud x, puede ser
igualado o excedido, por lo menos una vez en promedio.
Representa el inverso de la
frecuencia, es decir:
fT
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EL HIETOGRAMA
Un hietograma (del griego Hietos, lluvia), es un grfico que
expresa la precipitacin en funcin
del tiempo. En ordenadas puede figurar la precipitacin cada
(mm), o bien la intensidad de
precipitacin (mm/hora)
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A veces un hietograma se refiere a un da o a una tormenta
concreta (en el eje de abscisas, las
horas que dur la tormenta); en otras ocasiones el periodo de
tiempo representado en el eje
horizontal puede ser ms amplio: meses o aos.
Para su elaboracin, si se trata de un hietograma mensual o
anual, bastar con representar
datos diarios. Si se trata de un hietograma de un da o de unas
horas de duracin, necesitamos
una banda de pluvigrafo, leyendo la precipitacin cada en los
intervalos elegidos, por ejemplo,
de 10 en 10 minutos.
CURVA MASA DE PRECIPITACIN
La curva masa de precipitacin es la representacin de la
precipitacin acumulada vs el tiempo.
Se extrae directamente del pluviograma.
La curva masa de precipitacin, es una curva no decreciente, la
pendiente de la tangente en
cualquier punto, representa la intensidad instantnea en ese
tiempo.
Si a un registro del pluviograma se le quitan los descensos, se
obtiene una grfica de
precipitacin acumulada contra el tiempo llamada curva masa de
precipitacin
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EJEMPLO APLICATIVO 01
En una cierta cuenca se han instalado pluvimetros en 4
estaciones A, B, C, D. Las altitudes de
las 4 estaciones son parecidas.
La estacin A est situada entre las estaciones B, C, D, a las
distancias:
A -B = 10 Km.
A - C = 5 Km.
A - D = 2 Km.
Durante un cierto da fueron registradas las siguientes
lluvias:
B: 50 mm.
C: 25 mm.
D: 2 mm.
Hallar la altura de lluvia en A.
SOLUCIN:
A partir de las lluvias medidas en los pluvimetros es posible
calcular la precipitacin media en
la cuenca. Singularmente til resulta la precipitacin media
anual, o mdulo pluviometrico
anual, en la cuenca.
Los pluvimetros deben ubicarse estratgicamente y en nmero
suficiente para que la
informacin resulte de buena calidad.
Por el Mtodo de promedios Aritmticos
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EJERCICIO APLICATIVO 02
En una cierta cuenca se han instalado 4 pluvimetros
totalizadores de lectura mensual. En un cierto
mes del ao falta una de las lecturas mientras que las restantes
son 37, 43 y 51. Si las precipitaciones
medias anuales de estos 3 pluvimetros son 726, 752 Y 840 mm.,
respectiva mente, y del
pluvimetro incompleto 694 mm., estimar la lectura faltan te de
precipitacin mensual.
SOLUCIN
Como la precipitacin anual media en cualquiera de las estaciones
ndice difiere de aquella de la
estacin problema en ms de un 10 %,
Como: 17.4 % > 10 %
Entonces: se utilizar la siguiente formula
