Determinación de Caudales Máximos con el Método Racional

Determinacion de Caudales Maximos con el Metodo Racional

Determinación de Caudales Máximos con el Método Racional

El Método Racional es uno de los más utilizados para la estimación del caudal máximo asociado a determinada lluvia de diseño. Se utiliza normalmente en el diseño de obras de drenaje urbano y rural. Y tiene la ventaja de no requerir de datos hidrométricos para la Determinación de Caudales Máximos.

La expresión utilizada por el Método Racional es:

Formula-Metodo-Racional

Donde:

Q:

Caudal máximo [m3/s]

C:

Coeficiente de escorrentía, en este Tutorial encontrarás algunos valores para cuencas Rurales y Urbanas.

I:

Intensidad de la Lluvia de Diseño, con duración igual al tiempo de concentración de la cuenca y con frecuencia igual al período de retorno seleccionado para el diseño (Curvas de I-D-F) [mm/h]

A:

Área de la cuenca. [Ha]

Manual de Instalaciones Sanitarias

Entre las limitaciones destacadas por algunos autores acerca del Método Racional se pueden referir:

  • Proporciona solamente un caudal pico, no el hidrograma de creciente para el diseño.
  • Supone que la lluvia es uniforme en el tiempo (intensidad constante) lo cual es sólo cierto cuando la duración de la lluvia es muy corta.
  • El Método Racional también supone que la lluvia es uniforme en toda el área de la cuenca en estudio, lo cual es parcialmente válido si la extensión de ésta es muy pequeña.
  • Asume que la escorrentía es directamente proporcional a la precipitación (si duplica la precipitación, la escorrentía se duplica también). En la realidad, esto no es cierto, pues la escorrentía depende también de muchos otros factores, tales como precipitaciones antecedentes, condiciones de humedad antecedente del suelo, etc.
  • Ignora los efectos de almacenamiento o retención temporal del agua escurrida en la superficie, cauces, conductos y otros elementos (naturales y artificiales).
  • Asume que el período de retorno de la precipitación y el de la escorrentía son los mismos, lo que sería cierto en áreas impermeables, en donde las condiciones de humedad antecedente del suelo no influyen de forma significativa en la Escorrentía Superficial.

Pese a estas limitaciones, el Método Racional se usa prácticamente en todos los proyectos de drenaje vial, urbano o agrícola, siempre teniendo en cuenta que producirá resultados aceptables en áreas pequeñas y con alto porcentaje de impermeabilidad, por ello es recomendable que su uso se limite a Cuencas con extensiones inferiores a las 200 Ha.

Veamos ahora la aplicación del Método Racional con un ejemplo:

Se desea determinar, empleando la fórmula Racional, el caudal máximo en una cuenca con los usos de tierra presentados y para un período de retorno de 25 años. El análisis morfométrico de la cuenca arroja los siguientes resultados:

Área =

125 Ha

Longitud del Cauce Principal =

1.350 m

Cota Máxima Cauce Ppal=

965 msnm

Cota Mínima Cauce Ppal =

815,75 msnm

Usos-de-la-Tierra-Ejemplo-Metodo-Racional

El estudio de frecuencias para las intensidades máximas arrojó la siguiente expresión para las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia en la región:

Curva-Intensidad-Duracion-Frecuencia

con: I[mm/hr],Tr[años] y D[min].

En este caso se ha optado por representar la Relación Intensidad-Duración-Frecuencia del Área en Estudio a través de un ajuste Matemático de las Curvas Disponibles.
Por lo general tendremos que tomar, de forma gráfica, el valor de Intensidad utilizando las Curvas Regionales.

Determinación del Coeficiente de Escorrentía Ponderado

Dada la presencia de diferentes usos de tierra en la cuenca es necesario establecer el Coeficiente de Escorrentía Ponderado en función de las áreas. Ésto lo estudiamos en el Ejemplo presentado al final de este Tutorial, en el cual el valor del Coeficiente de Escorrentía Ponderado resultó en 0,46.

Determinación de la Duración de la Lluvia.

Para la obtención de la Intensidad de Diseño es necesario conocer la duración de la lluvia asociada. Para ello, el Método Racional supone que la duración de la lluvia será igual al Tiempo de Concentración de la Cuenca en Estudio, el cual es el tiempo que se tarda una gota de agua en recorrer el trayecto desde el punto más alejado de ella hasta el punto en consideración (punto de definición de la cuenca).

Para la determinación del Tiempo de Concentración existen diferentes expresiones, entre las que destacada la Ecuación de Kirpich:

Ecuacion-de-Kirpich-Tiempo-de-Concentracion

Para la cual contamos con la longitud del cauce, restando establecer su pendiente:

Pendiente-Media-del-Cauce-Principal

Con este valor tendremos:

Calculo-del-Tiempo-de-Concentracion

Será este valor y el período de retorno especificado de 25 años, con el cual podremos establecer el valor de la intensidad de diseño con la ecuación suministrada:

Calculo-de-Intensidad-de-Diseno

De aquí, aplicando la Fórmula del Método Racional, se tendrá que el caudal máximo en la cuenca será de:

Calculo-del-caudal-maximo-por-el-Metodo-Racional

Como vemos del ejemplo anterior, la aplicación del Método Racional es más bien sencilla, de allí su extendido uso.

  1. OSCAR LARA
    OSCAR LARA03-24-2012

    los trabajos en esta web son bastante excelentes sigan proporcionando este tipo de informacion. GRACIAS.

  2. Andres Navarro
    Andres Navarro04-08-2012

    Excelente la informacion sigan adelante con el trabajo!!!

  3. diego s
    diego s06-13-2012

    me sirvio de mucho para complementar mis conocimientos gracias

  4. geofisica
    geofisica10-25-2012

    Estimado
    Me agradó la forma en que aborda sobre el tema.

    Volveré regresando esta web

  5. martin zamarripa
    martin zamarripa11-04-2012

    Muchas gracias por la Informacion quería pedirte de favor si es posible saber cual es paso a paso para elaborar un estudio hidráulico y un hidrológico.

    Gracias de ante mano

    • EditorIngCivil
      EditorIngCivil11-06-2012

      Qué tal Martín.

      El paso a paso que tu pides dependerá del tipo de estudio hidrológico/hidráulico que se desea realizar. Así que resulta difícil plantearlo por esta vía.

      Saludos

  6. luisa
    luisa01-17-2013

    Hola, creo que calculaste mal el Qmax, ya que tomaste la longitud que no era…. Igual muchas gracias por el tutorial!

    • EditorIngCivil
      EditorIngCivil01-17-2013

      Cierto Luisa, realmente lo que estaba malo era el valor del enunciado. Ya está corregido.
      Gracias y Saludos.

  7. Estuardo Jerez
    Estuardo Jerez10-25-2013

    Que buena infoirmación. Muchas gracias

  8. juan pablo
    juan pablo05-14-2014

    Buena información

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