Presentacion

1. República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior, Ciencias y
Tecnología
Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Extensión: Mérida
Escuela de Ingeniería Civil
Método racional para calcular el caudal a un sistema de drenaje vial
superficial
Elaborado por:
Rivas Pedro CI.- 20434581
Mérida, marzo de 2016

2. 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.
Q: Caudal máximo [m3/s]
C: Coeficiente de escorrentía
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-F9) [mm/h]
A: Área de la cuenca. [Ha]
La expresión utilizada por el Método Racional es:
Donde:

3. Área = 125 Ha
Longitud del Cauce
Principal = 1.350 m
Cota Máxima Cauce
Ppal= 965 msnm
Cota Mínima Cauce
Ppal = 815,75 msnm
Veamos ahora la aplicación del Método Racional con un
ejemplo:
Se desea determinar, empleando la fórmula Racional caudal máximo en una cuenca
con los usos de tierra presentados y para un período de retorno de 25 años. El
análisis morfo métrico de la cuenca arroja los siguientes resultados:

4. 1.) El estudio de frecuencias para las intensidades máximas arrojó la siguiente
expresión para las curvas de Intensidad-Duración-Frecuencia en la región:
I [mm/hr]
Tr [años]
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.

5. 2.) 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.
La magnitud del coeficiente de escorrentía nos dirá en qué nivel tendremos mayor o
menor caudal superficial sobre determinada área en estudio (la cuenca, para los
efectos de la Hidrología).
• Se va a determinar el Coeficiente de Escorrentía Ponderado para una Cuenca que
se ha zonificado en función de siguientes usos o características del suelo:

6. • En este caso tendremos que determinar tres Coeficientes parciales, uno para cada zona:
• De esta forma, lo que queda es ponderar cada uno de estos Coeficientes con las áreas
respectivas, según vemos en la siguiente tabla:
Y, al aplicar la ecuación del Coeficiente de Escorrentía Ponderado tendremos:

7. 3.) 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:
Para la cual contamos con la longitud del cauce, restando establecer su pendiente:
Con este valor tendremos:

8. 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:
De aquí, aplicando la Fórmula del Método Racional, se tendrá que el caudal máximo
en la cuenca será de:
Como observamos en el ejemplo, la aplicación del “Método Racional” es más bien
sencilla, de allí su extendido uso.

9. Esta formula empírica , por su simplicidad, es aun utilizada
para el cálculo de alcantarillas, galerías de aguas pluviales,
estructuras de drenaje de pequeñas áreas, a pesar de
presentar algunos inconvenientes, superados por
procedimientos de cálculo más complejos. También se usa en
ingeniería de carreteras para el cálculo de caudales vertientes
de la cuenca a la carretera, y así poder dimensionar las obras
de drenaje necesarias, siempre que la cuenca vertiente tenga
un tiempo de concentración no superior a 6 horas.
Como vemos del ejemplo anterior, la aplicación del Método
Racional es más bien sencilla, de allí su extendido uso.