SISTEMA DE DRENAJES

SUPERFIALES Y CALCULO DE

CAUDALES

POR: MIGUELANYELA SANCHEZ

DRENAJE SUERFICIAL

drenaje superficial se entiende la remoción de los excesos de agua acumulados sobre la superficie del terreno, a causa de lluvias muy intensas y frecuentes, topografía muy plana e irregular y suelos poco permeables

La necesidad del drenaje superficial se justifica en zonas donde los factores climáticos, las condiciones hidrológicas, las características de los suelos, la topografía y la utilización de la tierra, dan lugar a que el agua permanezca inundando la superficie del suelo, durante un tiempo superior al que los cultivos pueden soportar sin manifestar serios efectos sobre los rendimiento y/o sobrevivencia..

COMPONENTES DEL SISTEMA DE DRENAJE

SUPERFICIAL

Un sistema de drenaje superficial tiene dos componentes: el primero es la red colectora y el segundo consiste en diversas prácticas de acondicionamiento superficial del terreno, con tal de facilitar el flujo del exceso de agua hacia los colectores.

El primer componente, la red colectora, consistente en zanjas y tuberías, ha sido el más estudiado hasta ahora y en la actualidad existen métodos suficientemente aceptables para realizar el diseño, cálculo y cubicación respectiva.

El segundo componente es más complicado puesto que depende del microrelieve del terreno y hasta ahora no existe un método suficientemente probado para permitir un diseño racional

CAUDAL

El método de estimación de los caudales asociados adistintos períodos de retorno depende del tamaño ynaturaleza de la cuenca aportante.

Para cuencas pequeñas son apropiados los métodoshidrometeorológicos contenidos en la presenteInstrucción, basados en la aplicación de unaintensidad media de precipitación a la superficie dela cuenca, a través de una estimación de suescorrentía. Ello equivale a admitir que la únicacomponente de esta precipitación que interviene enla generación de caudales máximos es la queescurre superficialmente. En las cuencas grandesestos métodos pierden precisión y, por tanto, laestimación de los caudales es menos correcta; peropor otra parte, en estas cuencas suele disponersede información directa sobre niveles o caudales deavenidas. La frontera entre cuencas grandes ypequeñas, a efectos de la presente Instrucción,corresponde aproximadamente a un tiempo deconcentración

CAUDAL

La naturaleza de la cuenca aportante influye en losmétodos hidrometeorológicos, según que el tiempo derecorrido del flujo difuso sobre el terreno sea relativamenteapreciable (plataforma de la carretera y márgenes que aella viertan) o no (cauces definidos). Especialmente en zonaurbana, representa una singularidad la presencia desumideros que desagüen a una red de canalizaciones y queabsorban una parte de la escorrentía. También representancasos especiales la presencia de lagos, embalses y planasinundables, que laminen o desvíen la escorrentía. Sepodrán, asimismo, tener en cuenta aportacionesprocedentes del deshielo de la nieve; salvo casosexcepcionales, su contribución no se considerará superior al10 por 100.

El resultado de los métodos hidrometeorológicos deberá, enlo posible, contrastarse con la información directa de que sedisponga sobre niveles o caudales de avenida.

FORMULA DE CALCULO

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

Q = C·A·I/K

siendo:

C: el coeficiente medio de escorrentía de la cuenca o superficiedrenada

A: su área, salvo que tenga aportaciones o perdidasimportantes, tales como resurgencias o sumideros, en cuyocaso el cálculo del caudal Q deberá justificarse debidamente.

I: la intensidad media de precipitación correspondiente alperíodo de retorno considerado y a un intervalo igual al tiempode concentración

K: un coeficiente que depende de las unidades en que seexpresen Q y A, y que incluye un aumento del 20 % en Q paratener en cuenta el efecto de las puntas de precipitación. Suvalor está dado por la tabla

TABLA

Valores de K

Q

Aen

Km2 Há m2

m3/s 3 300 3.000.000

l/s 0,003 0,3 3.000

INTENSIDAD MEDIA DE PRESIPITACION

La intensidad media It (mm/h) de precipitación aemplear en la estimación de caudales de referencia pormétodos hidrometeorológicos se podrá obtener pormedio de la siguiente fórmula

siendo:

Id (mm\h): la intensidad media diaria deprecipitación, correspondiente al período de retorno(capítulo 1) considerado. Es igual a Pd/24.

Pd (mm): la precipitación total diaria correspondientea dicho período de retorno, que podrá tomarse de losmapas contenidos en la publicación "Isolíneas deprecipitaciones máximas previsibles en un día", de laDirección General de Carreteras, o a partir de otrosdatos sobre lluvias, los cuales deberán procederpreferentemente del Instituto Nacional deMeteorología.

I1 (mm/h): la intensidad horaria de precipitacióncorrespondiente a dicho período de retorno. El valor dela razón I1/Id

t (h): la duración del intervalo al que se refiere I, quese tomará igual al tiempo de concentración

INTENSIDAD MEDIA DE PRESIPITACION

TIEMPO DE CONCENTRACION

En el caso normal de cuencas en las que predomine el tiempo derecorrido del flujo canalizado por una red de cauces definidos, eltiempo de concentración T(h) relacionado con la intensidad media dela precipitación se podrá deducir de la fórmula

T = 0,3·[(L/J1/4 ) 0,76 ]

siendo:

L (km): la longitud del cauce principal.

J (m/m): su pendiente media.

Si el tiempo de recorrido en flujo difuso sobre el terreno fuerarelativamente apreciable, como es el caso de la plataforma de lacarretera y de los márgenes que a ella vierten, la fórmula anterior noresulta aplicable. Si el recorrido del agua sobre la superficie fueramenor de 30 m, se podrá considerar que el tiempo de concentración esde cinco minutos. Este valor se podrá aumentar de cinco a diezminutos al aumentar el recorrido del agua por la plataforma detreinta (30) a ciento cincuenta (150) m; para márgenes se podrá haceruso del ábaco de la

ESCORRIENTA O ESCURRIMIENTO

El coeficiente C de escorrentía define la

proporción de la componente superficial

de la precipitación de intensidad I, y

depende de la razón entre la

precipitación diaria Pd correspondiente

al período de retorno y el umbral de

escorrentía Po a partir del cual se inicia

ésta.

Si la razón Pd/Po fuera inferior a la

unidad, el coeficiente C de escorrentía

podrá considerarse nulo. En caso

contrario, el valor de C podrá obtenerse

de la fórmula

ECUACION DE ESCURRIMIENTO

RECOMENDACIONES

Se puede determinar el orden de magnitud de los

caudales en función de los niveles del agua en el cauce

al paso de avenidas habituales, conocidos -en general-

por los ribereños al menos de forma aproximada.

Datos de esta naturaleza muy característicos son -en

algunos casos- el número de años en los que

permanece seco el curso de agua, o bien la frecuencia

con la que producen desbordamientos del cauce

principal. Los resultados del cálculo de caudales de

avenidas habituales -o de pequeño período de retorno-

son muy sensibles a las variaciones de Po, y por ello

es suficiente una información aproximada de dichas

avenidas para determinar satisfactoriamente Po.