Sebastián Arias Ch
Los factores determinantes en el diseño hidráulico para una obra civil son el costo y la seguridad asociada. Sobredimensionar las obras es antieconómico, mientras que subdimensionarlas puede ocasionar fallas catastróficas. La magnitud óptima para el diseño es aquella que equilibra criterios de costo y seguridad.
El diseño hidrológico se define como la evaluación del impacto de los procesos hidrológicos y la estimación de valores de las variables relevantes. Las herramientas generadas del análisis hidrológico se pueden utilizar para mitigar amenazas hidrometeorológicas proyectando medidas estructurales, o bien desarrollando medidas no estructurales como la determinación de áreas de riesgo, entre otros.
Sin embargo, la estimación de los caudales escurridos en la creciente de proyecto está afectada por la insuficiencia estadística de los registros históricos de caudales, lo cual lleva a evaluar indirectamente estos caudales mediante el uso modelos de transformación lluvia – caudal (P-Q), alimentados por eventos hipotéticos críticos (lluvias de diseño). Si bien tienen otros componentes, estas parten de un vínculo esencial entre los rasgos característicos de la precipitación:
- La función intensidad-duración-periodo de retorno (i-d-T)
- Distribución temporal de la tormenta de diseño
- Distribución espacial de la tormenta de diseño (atenuación de la lámina de lluvia)
Funciones i-d-T: las relaciones i-d-T solo se pueden extraer de extensos registros de alta frecuencia, normalmente fajas pluviográficas. Aun remplazando caudal por intensidad de lluvia, se continúa teniendo un problema ya que las series pluviográficas largas también son escasas, aunque menos que las hidrométricas. En cambio, es habitual otro dato de lluvia provisto por pluviómetros: la lámina de lluvia diaria. De esta manera, los técnicos y proyectistas pueden proceder a la estimación mediante un análisis de estadística inferencial de las láminas de lluvias máximas diarias asociadas a diferentes periodos de retorno, a partir de las series de datos pluviométricos registrados en diversos puntos de la cuenca.
Distribución temporal de la tormenta de diseño: el hietograma de tormenta representa la distribución temporal de la lluvia durante un evento dado. Esta herramienta describe un gráfico de la totalidad de agua que cae de una tormenta distribuida en intervalos de tiempo definidos (representación discreta), pero también son representados por curvas suaves de lluvia acumulada en el tiempo (representación continua) que reflejan una distribución promedio de la lluvia en el tiempo.
Como esa distribución es variable de una lluvia a otra, para caracterizarla se requiere gran número de registros pluviográficos, de donde se puedan deducir unos pocos patrones de comportamiento que permitan su análisis y su uso posterior mediante una representación gráfica que se denomina hietograma tipo constituido de las tormentas intensas, en donde, del 50% de la duración total, se acumula usualmente cerca del 80% de la precipitación caída. La distribución de lluvias del 50% de probabilidad (mediana) suele usarse en los modelos de simulación hidrológica para el diseño de drenaje.
Podemos plantear la búsqueda de un patrón representativo de una región y aplicarlo, también, a la lluvia de proyecto, considerando que la cantidad de precipitación se determine a partir de la curva IDF (relaciones i-d-T), para la duración de la tormenta decidida, según el tamaño de la cuenca, y para el periodo de retorno deseado y la distribución temporal de esa lluvia sea la obtenida a partir del patrón de lluvia.
Distribución espacial de la tormenta de diseño (Precipitación Media Areal): normalmente las lluvias tienen un núcleo de alta intensidad media que decrece a medida que se aleje del centro de la lluvia. Para representar estos aspectos, se suelen emplear herramientas como los polígonos de Thiessen, Media Aritmética, Isoyetas y las técnicas de Profundidad (o Altura)-Área-Duración. Dentro de las técnicas de Profundidad (o Altura)-Área-Duración destacan los CDA (Coeficientes de Decaimiento Areal), también conocidos como Factores de Abatimiento Areal (FAA), Factores de Reducción Areal (por sus siglas en inglés, ARF), que asumen un patrón de lluvia de proyecto que ocurre uniformemente en todos los puntos del área de drenaje y en forma circular con una reducción de la intensidad de la lluvia en función de su duración a partir del centro del núcleo de la tormenta. Las curvas CDA, en algunas ocasiones, vienen acompañadas o sustituidas por una expresión matemática que corresponde al mejor ajuste del modelo de dichas curvas.
Principalmente, los gráficos o ecuaciones de CDA se basan en el estudio de tormentas convectivas que poseen un comportamiento más local y definido en comparación con las tormentas, producto de perturbaciones ciclónicas generalizadas.